[发明专利]一种基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议的通信方法

摘要

一种基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议的通信方法，本发明涉及一种基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议算法，具体涉及一种汇聚点在中心位置的无线传感器网络中各节点能量均衡的相关原理和方法。本发明是要解决近汇聚点传感器节点负担过重，由能量有限的电池供电且部署后不易再次充电，导致网络的生命周期短的问题，而提供了一种基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议的通信方法。一、监控区域分簇区；二、网络建立阶段中继点选择；三、网络建立阶段簇首选择；四、时隙分配；五、网络稳定阶段中继点卸任与继任；六、簇首卸任与继任；七、数据的采集和融合；八、数据传输。本发明应用于通信领域。

主权项

一种基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议的通信方法，其特征在于基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议的通信方法具体步骤为：步骤一：监控区域分簇区：整个监控区域分成m个扇形区域，n个环形层，靠近汇聚点的第一层不形成簇，总计有m*(n‑1)个分簇区；步骤二：网络建立阶段中继点选择：汇聚点首先向d′半径范围内的能量瓶颈区域的节点发送竞选条件，满足能量条件的节点发送请求给汇聚点，汇聚点根据划分的m个扇形区域的每个区域中选择出一个中继节点，首次选择能量值最高的节点，如果多个相同能量节点，随机选出一个作为中继点；步骤三：网络建立阶段簇首选择：汇聚点S向第二层内节点广播其所在簇的中继节点并发出竞选条件，即能量阀值ET2i，符合条件的传感器节点上报位置和能量值给所对应的中继节点，中继点在对应扇区第二层簇区内选择距离自身最近的节点作为簇首节点H2i，并汇报给汇聚点；汇聚点向第三层内节点广播第二层簇首节点选择结果，并发出第三层内选择簇首的竞选条件，符合条件的第三层内节点向第二层簇首上报能量值，由第二层簇首选择出符合条件的距离自己最近的第三层节点作为第三层中的簇首H3i，以此类推选出各层中每个簇的簇首节点；步骤四：时隙分配：汇聚点为所有中继点、汇聚点以及瓶颈区内的节点分配通信时隙，中继点和簇首节点为与其通信的节点分配时隙，采用任务循环的方式进行通信，节点在不需要通信时进入休眠状态；步骤五：网络稳定阶段中继点卸任与继任：当一个区域内的中继点Rij的能量低于pRE(Rij_start)时，即Rij<pRE(Rij_start)，其中pR表示剩余百分比，i表示所在层数，j表示所在分区数，E(Rij_start)表示最初竞选成为中继点时此节点的能量值，中继点在此次任务循环结束后卸任，首先中继点发出卸任申请给汇聚点，由汇聚点发出竞选通知给此中继点所在的扇区D1j内的节点，此区域内的传感器节点开始竞选新的中继节点，其中达到能量阀值且距离汇聚点最近的节点被任命为此区域内新的中继点，汇聚点会向第二层内的对应簇区的簇首发出通知，告知新的中继点的ID号，新中继点占用原中继点发送接收时隙，不重新进行时隙分配，新任中继点发出通知给下一级的簇首进行通信；步骤六：簇首卸任与继任：当一个簇首Hij的能量低于pHE(Hij_start)时，即E(Hij)<pHE(Hij_start)，在这个任务循环结束后此簇首卸任，其中pH表示能量剩余百分比，E(Hij_start)表示最初竞选成为簇首时此簇首节点的能量值，首先簇首发出卸任通知给上一级簇首或中继点和下一级簇首，由上一级簇首或中继点发出竞选通知，此簇内的其他节点进行竞选，其中达到能量阀值且距离上一级簇首最近的节点成为簇首，由上一级簇首向其他节点进行广播通知，告知新簇首的ID号，新簇首再发出通知给簇内节点和下一级簇首节点，告知自己的位置和分配通信时隙给簇内节点；如果多个在同一扇区内的簇在同一个任务循环结束后卸任，卸任的顺序由外向内进行，继任的次序由内向外进行，当旧簇首或者中继点卸任，新簇首或中继点继任后，返回步骤五重新进行分配时隙，其中不需要所有时隙都重新分配，只需要重新分配新任簇首的簇内通信时隙；步骤七：数据的采集和融合：每个区域内的传感器节点采集监控数据，发送至簇首进行数据融合；步骤八：数据传输：融合后的数据通过多跳传输方式由外向内传输，最后汇聚到汇聚点处，每进行完一个任务循环，返回步骤五和六进行判断，即完成了一种基于扇形分簇的无线传感器网络路由协议的通信方法。