[发明专利]一种可控簇规模的能耗均衡路由方法

摘要

一种可控簇规模的能耗均衡路由方法，首先通过簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与其簇成员节点之间的链路质量(LQI)和簇首候选节点的度对簇首进行选举，然后利用虚拟引力方法将普通传感器节点加入到簇首中形成簇，对簇规模进行控制，最后簇首间路由采用链路式路由协议设计出簇首下一跳代价选择函数来均衡网络中簇首节点的能耗。本发明提出一种可控簇规模的能量均衡路由方法，该方法在簇首选举、簇规模控制和簇首间路由都充分考虑了负载均衡。因此本发明对于解决无线传感器网络路由的节点负载不均衡问题有重要意义。本发明进行推广后，可以充分应用于WSN路由协议中，提高了传感器网络的生存期，为WSN的大规模应用提供了强有力的技术支持。

主权项

一种可控簇规模的能耗均衡路由方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对无线传感器网络中的簇首进行选举；考虑簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与其簇成员节点之间的链路质量LQI和簇首候选节点的度进行簇首选举；为每个传感器节点建立并储存邻居节点表，如表1所示；表1 邻居节点表IDEjRSSIijLQIij表1中ID为邻居节点的唯一表示，Ej为邻居节点的剩余能量，RSSIij为节点与其邻居节点之间的信号强度，LQIij为节点与邻居节点之间的链路质量；根据表1中的相关信息计算每个簇首候选节点的W值，W值综合考虑了簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与簇成员节点的链路质量以及簇首候选节点度；当簇首候选节点的W值大于其竞争半径内其它传感器节点的W值，则该簇首候选节点出任簇首，如下式所示：W=α·Ei1DΣj=1DEj·EiE0+β·Σj=1DLQIijD·LQImax+χ·DDa---(1)]]>其中，α、β、χ为常数，可根据经验设置，且α+β+χ＝1，Ei为簇首候选节点的剩余能量，Ej为簇首候选节点i竞争半径内(RSSIij>cr)点j的剩余能量，E0为传感器节点的初始能量，LQIij为簇首候选节点i与其竞争半径内的邻居节点j之间的链路质量；LQImax为一个常数，即链路质量范围内的最大值，Da为传感器网络的平均度，D为簇首候选节点的度；(2)对传感器网络的簇规模进行控制；具体是：(2.1)对簇首竞争半径进行控制，利用节点距离Sink节点的最短跳数表示节点与Sink节点的距离，传感器节点的最短跳数通过传感器网络洪范方法获得；竞争半径采用信号强度(RSSI<0)，当节点与簇首候选节点之间的信号强度大于cr(竞争半径对应的RSSI值)，则认为该节点位于簇首候选节点的竞争半径内；竞争半径如下式所示：cr=RSSIr×(1-1hopmin+h)---(2)]]>其中，RSSIr表示在节点通讯半径r处的信号强度值，hopmin表示距离Sink节点的最短跳数，h为常数；当节点与簇首候选节点之间的信号强度大于cr时，认为该节点位于簇首候选节点的竞争半径内；(2.2)普通节点加入簇，利用虚拟引力方法将普通传感器节点加入到簇首中形成簇；当簇首节点的剩余能量和通讯质量都比较高时，该簇首节点有能力构建规模较大的簇，而剩余能量较低的簇首则构建规模较小的簇，这有利于簇首之间的能耗均衡；引力计算如下式所示：F(i,j)=Ei·EjRSSIij2---(3)]]>其中Ej为普通节点的剩余能量；(3)对传感器网络的簇首间路由进行设计；具体是：(3.1)簇首节点主动放大发射功率，将通讯半径r调整为R＝γ×r，γ为常数且大于1；(3.2)对簇首间路由进行设计，簇首间路由采用链路式路由协议，为了均衡网络中簇首节点的能耗，设计了簇首下一跳代价选择函数，如下式所示：Cost(ci,cj)=a·E0Ecj+b·HcjHmax+c·DDa---(4)]]>其中，ci为需要发送数据包的簇首节点编号，cj为与簇首ci相邻的簇首节点编号，Ecj为簇首cj的剩余能量，Hcj为簇首cj距离Sink节点的最短跳数，Hmax为簇首ci的通讯半径R内的簇首节点距离Sink节点的最短跳数的最大值，D为簇首ci的度，Da为网络平均度。