[发明专利]基于多Sink的煤矿巷道无线传感器路由方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于多Sink的煤矿巷道无线传感器路由方法及系统，该协议基于多Sink的结构，在煤矿巷道中央设置多个Sink，对Sink的发射功率进行调节，保证网络的覆盖率，同时，在各Sink内部利用非均匀成簇的思想，对簇首的选择和竞争、非均匀半径的计算进行优化，保证距离Sink节点较近且能量较高的节点优先成为簇首。仿真结果表明，该方法能保证每个Sink覆盖范围内的Sensor节点能耗均匀，从而能有效提高Sensor节点连通度，降低分簇干扰，减少网络延时并延长网络生存期。

主权项

1.一种基于多Sink的煤矿巷道无线传感器路由方法，其特征在于，在煤矿巷道内设置有多个Sink以及多个Sensor节点，Sink与矿用交换机通信，形成煤矿巷道无线传感器网络，所述的Sink为汇聚节点，所述的Sensor节点为传感器节点；从每一个Sink的信号覆盖区域内的多个Sensor节点中 按以下方法确定最终簇首，以及基于最终簇首形成通信链路：步骤1：确定候选簇首；预设阈值T，然后，每个Sensor节点在[0，1]范围内随机产生随机数u，通过公式计算得到判定参数u₀；式中，E0(i)表示第i个Sensor节点的初始能量，Ecu(i)为当前Sensor节点即节点i的剩余能量；若u0≤T则该节点成为候选簇首；若u0＞T则作为非候选簇首节点进入睡眠状态；步骤2：簇首竞争(1)候选簇首发送竞选信息：每个候选簇首以竞争半径Rra广播竞选信息COMPETE_MSG，候选簇首Vi在竞争半径Rra内的所有其他候选簇首被认为是该候选簇首的邻居节点：其中ω1和ω2表示0‑1之间的调整系数，Ecu为当前候选簇首的剩余能量，E0为该候选簇首节点的初始能量，dtoSK为该候选簇首节点到Sink节点的距离，dmax表示所有候选簇首节点到Sink节点的最大距离，Rmax表示最大簇半径，Rmax＜＝Rsi，RSi表示Sink的无线射程；(2)每个候选簇首根据该邻居节点表计算其竞争半径内所有节点的平均剩余能量Ea和到Sink节点的平均距离Da：公式中Vj代表候选簇首Vi半径Rra内的邻居节点，m表示邻居节点的数量；其中，1≤i≤m，i≠j；(3)每个候选簇首启动定时器，定时器的定时时间t按下式计算：公式中，k为随机均匀分布在区间[0，1]的实数，t0为事先约定的候选簇首竞选持续时间，如果候选簇首节点在定时时间t内未收到邻居节点的成功竞选消息SUCCESS_MSG；则表明该候选簇首竞选成功，并发送成功竞选消息SUCCESS_MSG给其邻居节点，否则，表明该候选簇首竞选失败并退出竞选；步骤3：组织通信链路最终簇首通过竞争选出后，之前未参与竞争的节点从睡眠状态唤醒，最终簇首以Rra为半径广播竞选获胜消息CH_ADV_MSG，普通节点选择相邻的多个最终簇首中通信代价最小即接收信号强度最大的最终簇首，发送加入消息JOIN_CLUSTER_MSG通知被选中的最终簇首；最后，各最终簇首依据LEACH协议的组织方式，构建TDMA调度，并由簇成员向簇首传输数据。