專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的層次式分簇路由的簇首更換方法，更特 別地說，是指一種能夠局部按需更換簇首的方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通 信技術(shù)，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的 信息，并對這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使人們在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實而可靠 的信息，因此，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、 交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能量資源、計算能力和帶寬都非常有限，而且無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)通常由大量密集的傳感節(jié)點構(gòu)成，這些節(jié)點通常安置在人類無法進(jìn)入的環(huán)境。 這就決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧各層的設(shè)計都必須以能源有效性為首要的設(shè)計要 素。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點，目前，也已經(jīng)有 很多適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。其中，分簇路由就是很重要的一種無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。分簇路由協(xié)議，它是將傳感器網(wǎng)絡(luò)分成若干個局部區(qū)域，即所謂的 簇， 一個簇中有一個簇首，當(dāng)簇內(nèi)的任意一個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，都首先發(fā)送給簇首， 并由簇首節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
在分簇路由協(xié)議中，由于簇首節(jié)點需要轉(zhuǎn)發(fā)簇內(nèi)所有節(jié)點的數(shù)據(jù)，因此，簇首節(jié) 點的能量消耗就比普通節(jié)點大得多，因此，在分簇路由協(xié)議中，需要采用一定的策略 更新簇首節(jié)點，從而提高簇首節(jié)點乃至整個網(wǎng)絡(luò)的壽命。
LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)協(xié)議就是一種典型 的層次式分簇路由方法。在LEACH協(xié)議中，在運(yùn)行階段為了防止簇首能耗過低，要定時循環(huán)執(zhí)行簇首的更換過程，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一段時間后，全網(wǎng)統(tǒng)一發(fā)起簇首更換，該 協(xié)議認(rèn)為每個節(jié)點成為簇首的機(jī)會均等，因此，在換簇的過程中，重點關(guān)心節(jié)點是否 當(dāng)過簇首，更換時則從未當(dāng)過簇首的所有簇內(nèi)節(jié)點就容易成為新的簇首，不管該節(jié)點 是否有足夠的能量。而LEACH-C協(xié)議是LEACH協(xié)議的改進(jìn)版，在簇首的選取和 更換時將節(jié)點的能量也作為了一個選取條件，當(dāng)前剩余能量較大的節(jié)點擔(dān)任簇首的概 率要大一些，這種改進(jìn)避免了低能量節(jié)點成為簇首，可以有效改善由于能量消耗不均 帶來的問題。
但是無論是LEACH協(xié)議和LEACH-C協(xié)議，它們和現(xiàn)有的其它層次式路由方 法一樣，都是定時在全網(wǎng)范圍內(nèi)發(fā)起簇首更換。更換簇首能夠均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，但 是對于一些沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)頻繁發(fā)送的區(qū)域，定時更換簇首是沒有必要的，同時對于數(shù) 據(jù)頻繁發(fā)送的眾多區(qū)域，需要更換簇首的時間間隔也不能完全一致，所以采用定時發(fā) 起全網(wǎng)簇首更換的方式來進(jìn)行簇首的更換并不科學(xué)，一方面換簇本身要消耗一定的能 量，不恰當(dāng)?shù)膿Q簇實際上會帶來能耗的浪費(fèi)，另一方面全網(wǎng)范圍換簇，會讓全網(wǎng)都暫 時阻塞進(jìn)入換簇工作模式，而放棄了數(shù)據(jù)監(jiān)控。為了解決這個問題，本發(fā)明提出了一 種能夠局部按需更換簇首的方法。 發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供能夠局部按需更換簇首的方法，通過該方法，可以實現(xiàn)無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中分簇層次式路由中的簇首更換，并且通過局部按需更換簇首減少了原來 的全網(wǎng)換簇的能源消耗等問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是由簇內(nèi)的非簇首節(jié)點時 刻監(jiān)聽簇首發(fā)送數(shù)據(jù)包的情況，并以此來估算簇首的剩余能量，根據(jù)所估算的簇首剩 余能量和非簇首節(jié)點自身能量之間的大小關(guān)系，在必要時發(fā)起換簇申請，以此來實現(xiàn) 局部按需進(jìn)行更換簇首。該方法的簇首更換是以簇為單位的，各簇是否換簇、何時換 簇、以及由哪個新的節(jié)點作為簇首都是獨(dú)立的，從而可以減少全網(wǎng)定時換簇的能源消 耗，達(dá)到一個全網(wǎng)的能量均衡。
本發(fā)明的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法，該方法在簇建 立完成或者簇首更新之后，簇首節(jié)點按照層次式路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)聽簇內(nèi)非簇首 節(jié)點是否發(fā)送換簇申請；
如果沒有非簇首節(jié)點發(fā)起換簇申請，則繼續(xù)以自身為簇首進(jìn)行層次式路由；當(dāng)有非簇首節(jié)點發(fā)送換簇申請，則根據(jù)這些非簇首節(jié)點的能量和自身能量，決定
是否同意非簇首節(jié)點的換簇申請，如果同意，則選出了新簇首，進(jìn)入簇的更新階段； 如果不同意，則繼續(xù)以自身為簇首進(jìn)行層次式路由；
非簇首節(jié)點在按照層次式路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)聽簇首節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文來估算簇首 的能量信息，如果簇首的能量大于自身的能量則繼續(xù)以非簇首身份進(jìn)行層次式路由； 否則向簇首發(fā)出換簇申請，如果簇首同意了換簇首申請，則成為新一輪的簇首，進(jìn)入 簇的更新階段，否則繼續(xù)以非簇首身份進(jìn)行層次式路由；
簇首節(jié)點和非簇首節(jié)點按照所述的方式操作，在完成層次式路由的同時，實現(xiàn)了 局部按需的簇首更換。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法存在的優(yōu)點在于
1) 本發(fā)明按需局部簇首更換方法在簇首更新的時候，考慮了節(jié)點的當(dāng)前能量， 從而避免了低能量節(jié)點成為簇首。
2) 本發(fā)明按需局部簇首更換方法不是定時進(jìn)行簇首更換，而是各個簇根據(jù)簇內(nèi) 節(jié)點和簇首節(jié)點的能量關(guān)系，在需要的時候才進(jìn)行換簇，減少了簇首更換所 帶來的能量消耗。
3) 本發(fā)明按需局部簇首更換方法不在全網(wǎng)范圍內(nèi)統(tǒng)一更換簇首，減少全網(wǎng)定時 換簇的能源消耗和數(shù)據(jù)監(jiān)測阻塞。


圖l是本發(fā)明局部按需簇首更換方法的整體流程圖。
圖2是本發(fā)明的簇首的工作流程圖。
圖3是本發(fā)明的簇內(nèi)節(jié)點的工作流程圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法，本方法是根據(jù) 簇內(nèi)的非簇首節(jié)點監(jiān)聽簇首節(jié)點的剩余能量信息來決定是否建簇，并且把節(jié)點的能量
大小作為選取簇首的一個條件。
參見圖l所示，本發(fā)明在簇建立完成或者簇首更新之后，簇首節(jié)點按照層次式 路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)聽簇內(nèi)非簇首節(jié)點是否發(fā)送換簇申請。如果沒有非簇首節(jié)點發(fā)起換簇申請，則繼續(xù)以自身為簇首進(jìn)行層次式路由；當(dāng)有非簇首節(jié)點(是指在簇結(jié)構(gòu) 中除節(jié)點M以外的節(jié)點)發(fā)送換簇申請，則根據(jù)這些非簇首節(jié)點的能量和自身能量， 決定是否同意非簇首節(jié)點的換簇申請，如果同意，則選出了新簇首，進(jìn)入漦的更新階 段；如果不同意，則繼續(xù)以自身為簇首迸行層次式路由。非簇首節(jié)點在按照層次式路 由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)聽簇首節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文來估算簇首的能量信息，如果簇首的能量大 于自身的能量則繼續(xù)以非簇首身份進(jìn)行層次式路由，否則向簇首發(fā)出換簇申請，如果 簇首同意了換簇首申請，則成為新一輪的簇首，進(jìn)入簇的更新階段，否則繼續(xù)以非簇
首身份進(jìn)行層次式路由。
(一)W,為簇首節(jié)點的層次式路由方式(參見圖2所示)
在簇建立完成或者簇首更新之后，任意一個新簇首節(jié)點W,，它的簇節(jié)點表單為 wo^—c^GnC,,},其中，&表示以節(jié)點乂為簇首的簇中的第一個簇節(jié)點，c,2 表示以節(jié)點w,為簇首的簇中的第二個簇節(jié)點，c;表示以節(jié)點AA,為簇首的簇中的第/" 個簇節(jié)點，也稱為以節(jié)點w,為簇首的簇中的任意一個簇節(jié)點。w,為簇首節(jié)點的操作
步驟如下
步驟11:簇首節(jié)點W,向簇內(nèi)節(jié)點(^發(fā)送簇首剩余能量通知報文CfiV7;;
剩余能量通知報文CEA^的報文格式為C￡Wr,=0m,W,,￡,^)，其中，^表示 報文序列號，W,表示報文發(fā)送源節(jié)點的編號(這個報文中是指簇首節(jié)點W,)， ￡,表 示節(jié)點AA,的當(dāng)前剩余能量，f表示節(jié)點W,進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時使用的發(fā)送功率。
步驟12:簇首節(jié)點W,將簇內(nèi)節(jié)點C;要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時簇首節(jié)點W,
監(jiān)聽簇內(nèi)節(jié)點c,,.是否有發(fā)送簇首更換請求報文ci^仏報文；
簇首更換請求報文Ci^0r是指簇內(nèi)節(jié)點監(jiān)聽到簇首的能量比自己的能量低時，
發(fā)出的更換自己為簇首的請求報文，CM&報文格式為Ci^^(訓(xùn),瓜&;，，) ， ^表
示報文序列號，/"表示發(fā)起簇首更換請求的節(jié)點編號，^;表示節(jié)點的當(dāng)前剩余能量，
wg表示申請更換自己為簇首的標(biāo)志位。
步驟12-1:簇首節(jié)點^是否監(jiān)聽到簇內(nèi)節(jié)點(:,,.發(fā)送的簇首更換請求報文
Ci^g,"如果簇首^,監(jiān)聽到簇內(nèi)節(jié)點^發(fā)送的簇首更換請求報文。7^0,,則執(zhí)行 步驟13;否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟12;步驟13:簇首^,收到來自簇內(nèi)節(jié)點^,.發(fā)送的簇首更換請求報文0 ￡2 ，則判 斷簇內(nèi)節(jié)點CV的剩余能量&與簇首W,本身的當(dāng)前剩余能量《的大小，若￡, > & ，
則執(zhí)行步驟14;否，則執(zhí)行步驟15;
步驟14:簇首^,回復(fù)一個簇首請求應(yīng)答報文(^￡^拒絕簇內(nèi)節(jié)點(:,,.的更換請
求，然后執(zhí)行步驟12;
簇首請求應(yīng)答報文C7 ^的報文格式為(訓(xùn)，ZD, ￡〃,, CM尸—rZP￡)，訓(xùn)表示 報文序列號，/D表示發(fā)起簇首更換請求的節(jié)點編號，￡,。表示節(jié)點的當(dāng)前剩余能量， C7 ^^7T/^表示是否同意鄰居節(jié)點的簇首更換請求標(biāo)志，如果同意更換請求，令 HT￡ = 1，如果拒絕更換請求，令C7 五P —2T尸f-0。
步驟15:簇首節(jié)點W,比較收到的簇節(jié)點表單中發(fā)送過簇首更換請求報文C/^g 的發(fā)送節(jié)點的剩余能量信息，選取出剩余能量最大的發(fā)送節(jié)點，記為W,L(簡稱 能量最大節(jié)點A^^.一^)，并將能量最大節(jié)點A^M—( 作為下一輪的簇首節(jié)點；同時向 簇結(jié)構(gòu)中其它發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個簇首請求應(yīng)答報文C7W《拒絕簇首更換請求；
步驟16:簇首節(jié)點iV,回復(fù)一個簇首請求應(yīng)答報文C7"《給能量最大節(jié)點 CT ，同意能量最大節(jié)點W CT的簇首更換請求；
至此，能量最大節(jié)點A^w. a成為了下一輪新的簇首(稱為新一輪簇首)，在新 簇穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，能量最大節(jié)點^^_ ,同樣可以按照上述的步驟11至步驟
16的操作進(jìn)行下一輪的簇首選取。
(二) W,為非簇首節(jié)點的層次式路由方式(參見圖3所示) 在簇建立完成或者簇首更新時，選取了能量最大節(jié)點A^^ (.w為簇首，稱為新一
輪簇首簇首，則簇建立完成或者簇首更新之后，任意一個新簇內(nèi)的非簇首節(jié)點W,的
操作步驟如下
步驟21:非簇首節(jié)點W,接收新一輪簇首節(jié)點iV,f (."發(fā)送的第二簇首剩余能量 通知報文C￡ATCK ，并記錄新一輪簇首節(jié)點iV,酉(.《的剩余能量信息；
新 一 輪簇首剩余能量通知報文cfivr(7f的報文格式為
csvrc(叫w,^^,i^，i^)，其中，sw表示報文序列號，^表示報文發(fā)送
源節(jié)點的編號，4表示節(jié)點y廳,^的當(dāng)前剩余能量，《《表示節(jié)點 ,(.(《進(jìn)行數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時使用的發(fā)送功率。步驟22:如果非簇首節(jié)點iV,需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給新一輪簇 首節(jié)點Mw(a，并通過新一輪簇首節(jié)點A^^,—^轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時非簇首節(jié)點W,將監(jiān)
聽新一輪簇首節(jié)點vV^((. 的報文轉(zhuǎn)發(fā)；
步驟22-1:非簇首節(jié)點W,監(jiān)聽新一輪簇首節(jié)點W,M^^是否轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)報文，
如果非簇首節(jié)點監(jiān)聽到新一輪簇首節(jié)點有數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，則執(zhí)行步驟23;
否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟22;
步驟23:通過非簇首節(jié)點W,估算新一輪簇首節(jié)點A^^a的剩余能量，并根據(jù) 新一輪簇首節(jié)點 椒— 的能量大小來判斷是否換簇；
步驟23-1:如果新一輪簇首節(jié)點A^w ^的能量小于非簇首節(jié)點W,的能量，則
執(zhí)行步驟24;否，則執(zhí)行步驟22;
非簇首節(jié)點W,已知新一輪簇首節(jié)點A^,^的發(fā)送功率，則可估計出新一輪簇首 節(jié)點發(fā)送一次數(shù)據(jù)報文的能量消耗，從而估計出新一輪簇首節(jié)點AVM.、.」《的 剩余能量。
步驟24:非簇首節(jié)點iV,發(fā)送簇首更換請求報文C7 ￡0 ;
簇首更換請求報文C/ fg,的報文格式為a￡2,(^,yV,,￡,,^g) ， ^表示報文序列 號，iV,表示發(fā)起簇首更換請求的節(jié)點編號，A表示非簇首節(jié)點7V,的當(dāng)前剩余能量， ,表示申請更換自己為簇首的標(biāo)志位。
在本發(fā)明中，歩驟24的0 ￡2,報文與步驟12的Ci^g報文中除"發(fā)起簇首更
換請求的節(jié)點編號"、"當(dāng)前剩余能量指代的節(jié)點"不同，對于"報文序列號"、"申請
更換自己為簇首的標(biāo)志位"內(nèi)容是相同，同為報文數(shù)據(jù)的內(nèi)容。
步驟25:非簇首節(jié)點W,接收新一輪簇首節(jié)點W,, (w轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報文
簇首請求應(yīng)答報文Ci ^， ^的報文格式為
o ^服—c^",iv麗,五,鹿,ci^p—rzp五)，s"表示報文序列號，w,麗(: 表示 發(fā)起簇首更換請求的節(jié)點編號，￡ ^表示節(jié)點a的當(dāng)前剩余能量， a^p一rF/^表示是否同意鄰居節(jié)點的簇首更換請求標(biāo)志，如果同意更換請求，令
—H7^ = l，如果拒絕更換請求，令O^Z3 —HT￡ = 0。步驟25-1'.非簇首節(jié)點iV,收到新一輪簇首節(jié)點W,M^ (. 轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報 文Ci ^離—(7;，根據(jù)Ci 腫—7T戶5判斷簇首是否同意換簇申請；
如果非簇首節(jié)點乂收到新一輪簇首節(jié)點iV,(a轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報文 0 ^^^中C7 ^ —7Ti^ = l，則非簇首節(jié)點7V,成為新簇首，將進(jìn)行簇的更新，進(jìn)
入新一輪的層式路由；
如果非簇首節(jié)點W,收到新一輪簇首節(jié)點W,A A. (7;轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報文 Ci J^薦 ;中的_rZP￡ = 0 ，則執(zhí)行步驟26;
步驟26:根據(jù)C7Wi^^—^報文中的新一輪簇首節(jié)點A^^^來更新新一輪簇首
節(jié)點W,M^ f7;的能量信息，然后執(zhí)行步驟22 。
在本發(fā)明中，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點W,在簇首路由環(huán)節(jié)中為簇首節(jié)點，在非簇 首路由環(huán)節(jié)中為非簇首節(jié)點。
權(quán)利要求
1、一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法，其特征在于在簇建立完成或者簇首更新之后，簇首節(jié)點按照層次式路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)聽簇內(nèi)非簇首節(jié)點是否發(fā)送換簇申請；如果沒有非簇首節(jié)點發(fā)起換簇申請，則繼續(xù)以自身為簇首進(jìn)行層次式路由；當(dāng)有非簇首節(jié)點發(fā)送換簇申請，則根據(jù)這些非簇首節(jié)點的能量和自身能量，決定是否同意非簇首節(jié)點的換簇申請，如果同意，則選出了新簇首，進(jìn)入簇的更新階段；如果不同意，則繼續(xù)以自身為簇首進(jìn)行層次式路由；非簇首節(jié)點在按照層次式路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時監(jiān)聽簇首節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文來估算簇首的能量信息，如果簇首的能量大于自身的能量則繼續(xù)以非簇首身份進(jìn)行層次式路由；否則向簇首發(fā)出換簇申請，如果簇首同意了換簇首申請，則成為新一輪的簇首，進(jìn)入簇的更新階段，否則繼續(xù)以非簇首身份進(jìn)行層次式路由；簇首節(jié)點和非簇首節(jié)點按照所述的方式操作，在完成層次式路由的同時，實現(xiàn)了局部按需的簇首更換。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法，其特 征在于在簇建立完成或者簇首更新之后，任意一個新簇首節(jié)點w,成為簇首節(jié)點的操作步驟如下步驟11:簇首節(jié)點W,向簇內(nèi)節(jié)點C『發(fā)送簇首剩余能量通知報文CEW7;;步驟12:簇首節(jié)點^,將簇內(nèi)節(jié)點(^要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時簇首節(jié)點W, 監(jiān)聽簇內(nèi)節(jié)點是否有發(fā)送簇首更換請求報文報文；步驟12-1:簇首節(jié)點(是否監(jiān)聽到簇內(nèi)節(jié)點Q發(fā)送的簇首更換請求報文 Ci^&，如果簇首A^,監(jiān)聽到簇內(nèi)節(jié)點C,r發(fā)送的簇首更換請求報文Q^Q"則執(zhí)行 步驟13;否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟12;步驟13:簇首札收到來自簇內(nèi)節(jié)點C;發(fā)送的簇首更換請求報文Ci^&，則判 斷簇內(nèi)節(jié)點G的剩余能量&與簇首iV,本身的當(dāng)前剩余能量A的大小，若￡, >《" 則執(zhí)行步驟14;否，則執(zhí)行步驟15;步驟14:簇首iV,回復(fù)一個簇首請求應(yīng)答報文Ci^f拒絕簇內(nèi)節(jié)點C,r的更換請求，然后執(zhí)行步驟12;步驟15:簇首節(jié)點7V,比較收到的簇節(jié)點表單中發(fā)送過簇首更換請求報文C7^2 的發(fā)送節(jié)點的剩余能量信息，選取出剩余能量最大節(jié)點A^,w ( ，并將能量最大節(jié)點AU^一^作為下一輪的簇首節(jié)點；同時向簇結(jié)構(gòu)中其它發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個簇首請求應(yīng)答報文C7^f拒絕簇首更換請求；步驟16:簇首節(jié)點乂回復(fù)一個簇首請求應(yīng)答報文0 ￡《給能量最大節(jié)點 A^ _ (，同意能量最大節(jié)點AU —^的簇首更換請求；
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法，其特 征在于在簇建立完成或者簇首更新時，能量最大節(jié)點A^,w ^為新一輪簇首簇首，則簇建立完成或者簇首更新之后，非簇首節(jié)點^,的操作步驟如下 步驟21:非簇首節(jié)點W,接收新一輪簇首節(jié)點W,^, (./;發(fā)送的第二簇首剩余能量通知報文C^V7^ ，并記錄新一輪簇首節(jié)點A^」,(. 的剩余能量信息；步驟22:如果非簇首節(jié)點W,需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給新一輪簇首節(jié)點W,A^:^，并通過新一輪簇首節(jié)點^^ 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，同時非簇首節(jié)點^,將監(jiān)昕新一輪簇首節(jié)點A^m—(. 的報文轉(zhuǎn)發(fā)；步驟22-1:非簇首節(jié)點W,監(jiān)聽新一輪簇首節(jié)點yV^, a是否轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)報文，如果非簇首節(jié)點W,監(jiān)聽到新一輪簇首節(jié)點A^,;^7;有數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，則執(zhí)行步驟23;否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟22;步驟23:通過非簇首節(jié)點W,估算新一輪簇首節(jié)點yV^,—^的剩余能量，并根據(jù)新一輪簇首節(jié)點f. 的能量大小來判斷是否換簇；步驟23-1:如果新一輪簇首節(jié)點AUw,的能量小于非簇首節(jié)點乂的能量，則 執(zhí)行步驟24;否，則執(zhí)行步驟22;步驟24:非簇首節(jié)點W,發(fā)送簇首更換請求報文Ci^2,;步驟25:非簇首節(jié)點iV,接收新一輪簇首節(jié)點A^^a轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報文步驟25-1:非簇首節(jié)點7V,收到新一輪簇首節(jié)點A^」,(./;轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報 文Ci M, (7,,根據(jù)C/^P —2T/^判斷簇首是否同意換簇申請；如果非簇首節(jié)點W,收到新一輪簇首節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報文 Ci^/^^^中C7 ^一7T尸E-1，則非簇首節(jié)點W,成為新簇首，將進(jìn)行簇的更新，進(jìn)入新一輪的層式路由；如果非簇首節(jié)點W,收到新一輪簇首節(jié)點W^, (. 轉(zhuǎn)發(fā)的簇首請求應(yīng)答報文C7 ^皿f. 中的CMP — nT￡ = 0 ，則執(zhí)行步驟26;步驟26:根據(jù)C7 E^^，報文中的新一輪簇首節(jié)點A^^，來更新新一輪簇首節(jié)點^,a^ ^的能量信息，然后執(zhí)行步驟22。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由的局部按需簇首更換方法，通過該方法，可以實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分簇層次式路由中的簇首更換，并且通過局部按需更換簇首減少了原來的全網(wǎng)換簇的能源消耗等問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是由簇內(nèi)的非簇首節(jié)點時刻監(jiān)聽簇首發(fā)送數(shù)據(jù)包的情況，并以此來估算簇首的剩余能量，根據(jù)所估算的簇首剩余能量和非簇首節(jié)點自身能量之間的大小關(guān)系，在必要時發(fā)起換簇申請，以此來實現(xiàn)局部按需進(jìn)行更換簇首。該方法的簇首更換是以簇為單位的，各簇是否換簇、何時換簇、以及由哪個新的節(jié)點作為簇首都是獨(dú)立的，從而可以減少全網(wǎng)定時換簇的能源消耗，達(dá)到一個全網(wǎng)的能量均衡。
文檔編號H04W84/18GK101426293SQ20081023957
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者劉云璐, 劉玉恒, 張艷青, 璋 熊, 王奉坤, 蒲菊華 申請人:北京航空航天大學(xué)