[发明专利]一种能量均衡消耗的路由方法

摘要

该发明属于无线传感器网络技术领域中采用混合势能场以实现能量均衡消耗的路由方法。包括网络初始化，发送汇聚节点深度值，第一跳节点深度值的更新及发送，更新路由表并确定第二跳各节点当前的参数信息，节点剩余能量值的确定和更新，节点能量密度值的确定和更新，对节点生成及收到数据包的处理，下一跳候选节点的确定，各下一跳候选节点混合势能场值的确定，确定下一跳首选节点及下一跳节点的确定。该发明首先筛选出下一跳节点的候选节点，再从候选节点中筛选出其首选节点及下一跳节点。从而具有网络负载均匀，各节点能量消耗均衡，避免了网络过早出现盲区，延长了能源的使用寿命，有效提高网络运行的可靠性、效益及降低运行成本等特点。

主权项

1.一种能量均衡消耗的路由方法，包括：步骤1.网络初始化:首先给网络中除汇聚节点外的各节点分别分配一网络地址并建立路由表，然后将汇聚节点的深度值设置成0，而将其余各节点的深度值、剩余能量值以及能量密度值分别进行初始化处理；步骤2.发送汇聚节点深度值：运行时汇聚节点将步骤1中设置的深度值0发送至所有第一跳节点；步骤3.第一跳节点深度值的更新及发送：各第一跳节点在收到步骤2发送的深度值后，在汇聚节点深度值0的基础上加1作为各第一跳节点更新后的深度值，然后分别将各第一跳节点分别将其网络地址和更新后的深度值及初始化的剩余能量值、能量密度值作为相应节点当前的参数信息发出；步骤4.更新路由表并确定第二跳各节点当前的参数信息：当某一节点收到步骤3所发全部或部分数据包后，将各数据包中记录的网络地址、深度值、剩余能量值和能量密度值分别记录在该节点的路由表中；当该节点不是第一跳节点时，则在收到的数据包中记录的深度值上加1作为该节点更新后的深度值，然后将该节点的网络地址和更新后的深度值及初始化的剩余能量值、能量密度值作为第二跳节点当前的参数信息发出；按上述办法依次更新网络中其余节点的路由表及确定相应的第三跳、第四跳…节点当前的参数信息；步骤5.节点剩余能量值的确定和更新：通过自由能量模型E_Tx＝kE_Tx-elec+kε_fsd²、E_Rx＝kE_Rx-elec分别确定各节点发送和接收数据包已消耗的能量值；式中k表示数据包的大小，E_Tx-elec表示发送器的能量消耗，ε_fs表示自由能量模型的参数，d表示节点发射距离,E_Rx-elec表示接收器的能量消耗；将初始化的剩余能量值与发送、接收数据包消耗的能量值之差更新各相应节点的剩余能量值以及路由表中该对应节点的剩余能量值；步骤6.节点能量密度值的确定和更新：根据能量密度定义，确定各节点的能量密度值，更新相应节点初始化的能量密度值以及路由表中该对应节点的能量密度值；式中：j表示节点i的邻居节点、s(i)表示节点i通信区域面积；步骤7.对节点生成及收到数据包的处理：当某一节点作为当前节点需生成拟发送的数据包时，首先建立该数据包的路由栈，再将该当前节点的深度值记录在路由栈中后，转步骤8；若该当前节点收到应转发的数据包时，则将该当前节点的深度值直接记录在所收到数据包的路由栈中后，转步骤8；步骤8.下一跳候选节点的确定：将步骤7所述当前节点的路由表中各节点的深度值与该当前节点本身的深度值相等和小1的节点作为数据包传输的下一跳候选节点；步骤9.各下一跳候选节点混合势能场值的确定：通过步骤8中所选的各下一跳候选节点的剩余能量值、能量密度值分别确定其剩余能量势能场值以及能量密度势能场值，进而确定各候选节点相应的混合势能场值；步骤10.确定下一跳首选节点：选择混合势能场值中最大值所对应的下一跳候选节点作为数据传输的下一跳首选节点；步骤11.下一跳节点的确定：首先判断下一跳首选节点的深度值是否与路由栈中所记录数据包经过的上两跳节点的深度值均分别相同，如果是，将该首选节点删除；并返回步骤10选择其差值为第二大的值所对应的节点作为下一跳首选节点，继续判断该下一跳首选节点的深度值是否与路由栈中所记录数据包经过的上两跳节点的深度值均分别相同，如果是，仍将该首选节点删除；按以上方式再返回步骤10选择其差值为第三大的值所对应的节点作为下一跳首选节点并进行判断，直至判断结果为否，此时该差值所对应的下一跳首选节点则为数据包传输的下一跳节点，并将该节点的深度值记录在数据包路由栈中；按以上方法确定各数据包传输的下一跳节点，直至数据包到达汇聚节点止。