[发明专利]WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议

说明书

WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，涉及通信技术领域，将WBAN中的网络节点划分成了一些非均匀分布的簇群,在选择簇头时，评估候选簇头节点的剩余能量和与sink的距离参数，选择剩余能量较多、与sink较近的节点成为簇头，然后根据簇头的剩余能量、邻居数量和与sink的距离来计算簇头的通信半径，网络中的其他节点则选择剩余能量较多、簇内成员较少以及距离较近的簇头并加入该簇群，实现合理的非均匀分簇，簇内采用直接传输的方式，簇间则采用多跳的方式，其中下一跳则通过多参数的代价函数来选择。本发明有益效果：解决了网络中能耗不匀均，网络中心的节点和边缘节点的能耗差距较大的问题，延长网络寿命。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议。

背景技术

WBAN中的传感器节点体积微小，所有节点的初始能量相等且非常有限，所以如何提高节点的能量效率，均衡网络的能耗，延长网络的寿命成为当前路由协议设计急需解决的问题。通常情况下，在多跳的传输方式中，网络中心的节点因为距离sink较近，会频繁担任中继，转发来自网络边缘节点的数据，导致其能量消耗过快而提前死亡，这种现象称为“能量空洞”。此时，网络中心的节点和边缘节点的能耗差距会非常大，整个网络的能耗不均匀，严重地影响了网络寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，解决网络中能耗不匀均，网络中心的节点和边缘节点的能耗差距较大的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：WBAN中基于非均匀分簇的高效路由协议，网络由N个功能不同的传感器节点和1个sink节点组成，非均匀的分布在2m×2m的场地中，所述路由协议包括以下四个阶段：

一、网络初始化：在网络初始化阶段，sink节点向全网广播hello消息唤醒所有节点，网络中的节点接收到该消息后立即更新sink节点的位置，并根据接收信号强度计算出与sink节点的距离并保存，节点在传输数据时根据与sink的距离大小选择合适的路由方法，节点完成上述工作后，向网络中回复一个确认消息，该消息包括节点的ID、位置、剩余能量信息，初始化阶段结束后，网络中所有节点都知道邻居节点的信息以及sink节点的位置；

二、簇头的选择：选择簇头时，评估候选簇头节点的相对剩余能量E_res(i)和候选簇头节点与sink节点的距离d(i)两个参数，综合两个参数进行簇头的选择，具体为：定义簇头选择函数S(i)，选择函数值最大的节点作为簇头，被选择成为簇头的节点具有剩余能量较多和距离sink节点较近的特点，簇头产生之后会形成一个簇头集合S-CH，网络中其他节点会自动转为普通节点；

三、节点入簇：簇头节点选择成功后，会在自己的竞争半径R_i内向周围的网络中广播消息，宣布其当选为簇头的Head-ACK消息，在该通信范围内的其他节点接收到该消息后会储存这些信息并形成一个簇头信息表，然后等待加入合适的簇群；

四、数据传输：经过以上三个阶段后，网络被分成了非均匀分布的簇群，然后开始数据的传输，具体的数据传输分为两步：簇内数据传输和簇间数据传输；簇内数据传输采用一跳路由的方式，簇内成员将采集到的信息直接发送至簇头节点，减少多跳带来的传输延迟和可能的数据丢失；簇间数据传输将采用多跳的方式，其中下一跳节点在簇头集合S-CH中产生，减少距离sink节点较远的簇头直接传输产生的巨大能耗。

本发明所述节点i的剩余能量E_res(i)计算如下：

其中，E₀(i)为节点的初始能量，t表示网络开始时间，n表示网络生存时间，Etx(t)为发送数据消耗的能量，Erx(t)为接收数据消耗的能量，E_C(t)为数据融合消耗的能量，只有簇头节点执行数据融合功能会计算该部分能量，一般节点没有数据融合功能，默认该值为0。