一種多感知不等半徑無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多感知不等半徑無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)的生命周期都比較短，不能很好均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，而沒 有出現(xiàn)一種好的算法來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種多感知不等半徑無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)方法，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò) 生命期近84%與18%，能有效的降低節(jié)點(diǎn)通信代價(jià)、均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，多感知不等半徑無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)方法，包括 設(shè)計(jì)階段與實(shí)施階段；設(shè)計(jì)階段包括分區(qū)域階段、簇頭選舉及建簇階段、多跳路由建立階段 與穩(wěn)定通信階段。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是，本研宄的成果與現(xiàn)有的LEACH、EEUC等算法比較，能有效降 低節(jié)點(diǎn)通信代價(jià)、均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。不僅能均衡各節(jié)點(diǎn)的能耗，而且在工作中更為節(jié)能，這是 因?yàn)椴捎昧穗p簇頭和非均衡分簇的思想，在距離Sink節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，分簇半徑較大，簇 的規(guī)模大，雙簇頭可以由兩個(gè)簇頭來(lái)分擔(dān)數(shù)據(jù)收集匯總和通信的能耗；而距離Sink節(jié)點(diǎn)較 近的區(qū)域，分簇半徑較小，比遠(yuǎn)區(qū)的簇多，所以會(huì)有較多的簇頭可以分擔(dān)簇間多跳而產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)發(fā)能耗，很好的均衡了網(wǎng)絡(luò)中的能耗。通過(guò)仿真證明，本發(fā)明算法的確可以很好地均衡 網(wǎng)絡(luò)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是區(qū)域劃分示意圖。
[0007] 圖2是網(wǎng)絡(luò)生命周期對(duì)比圖。
[0008] 圖3是當(dāng)?shù)谝粋€(gè)節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)其他節(jié)點(diǎn)的剩余能量分布圖。
[0009] 圖4是每輪次剩余總能量對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0011] 本發(fā)明設(shè)計(jì)階段為四個(gè)階段：分區(qū)域階段；簇頭選舉及建簇階段；多跳路由建立 階段；穩(wěn)定通信階段。
[0012] (1)分區(qū)域階段
[0013] 區(qū)域劃分階段只執(zhí)行一次，主要完成監(jiān)測(cè)區(qū)域的分區(qū)。在此階段，基站以恒定的功 率廣播一個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包，同時(shí)設(shè)置計(jì)時(shí)器，等待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)傳回回復(fù)信息，若 計(jì)時(shí)器超時(shí)，基站重新廣播測(cè)試信號(hào)。由于監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，且在部 署過(guò)程中，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因不能正常通信，比如損壞、被嚴(yán)重遮擋而沒有 信號(hào)等等，不能保證每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都能收到基站的信號(hào)并回復(fù)，所以在這里需要設(shè)置 一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)間。
[0014] 監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到基站發(fā)出的信標(biāo)數(shù)據(jù)包后首先判斷該數(shù)據(jù)包 的發(fā)送路徑是否成環(huán)，若成環(huán)則丟棄該信標(biāo)數(shù)據(jù)包，否則記錄下接收到該信標(biāo)數(shù)據(jù)包的跳 數(shù)并將其加1后再轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰節(jié)點(diǎn)，若節(jié)點(diǎn)接收到多個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包，則僅記錄下最小跳數(shù) 并將其加1后轉(zhuǎn)發(fā)，其余接收到的信標(biāo)數(shù)據(jù)包均丟棄。當(dāng)信標(biāo)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)洪泛后則所 有節(jié)點(diǎn)都獲得了自己的鄰居節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)、距離等信息。節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)接收到的信標(biāo)數(shù)據(jù)包 中包含的跳數(shù)和接收信標(biāo)數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷與基站之間的距離遠(yuǎn)近、確定自身與基 站通信的功率大小。隨后傳感器節(jié)點(diǎn)將這些信息發(fā)送回基站?；靖鶕?jù)收到的傳感器節(jié)點(diǎn) 回復(fù)信息，按照一定的規(guī)則把監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域賦予一個(gè)固定的區(qū)域 ID號(hào)，離基站越近的區(qū)域ID號(hào)越小。最后基站將分區(qū)信息進(jìn)行廣播，節(jié)點(diǎn)收到廣播信息后 可確定自己屬于哪個(gè)子區(qū)，然后保存自己所在的區(qū)域ID號(hào)。
[0015] (2)簇頭選舉及建簇階段
[0016] 在簇頭選舉前，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目、節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的距離、網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域大小 等參數(shù)先確定節(jié)點(diǎn)成為候選簇頭的概率。
[0017] 進(jìn)行區(qū)域的劃分后，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量、稀疏度傳輸鏈路質(zhì)量參數(shù)來(lái)確定候選 數(shù)據(jù)簇頭，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生最終的數(shù)據(jù)簇頭，數(shù)據(jù)簇頭產(chǎn)生后向全網(wǎng)廣播其成為數(shù)據(jù)簇頭的 信息。普通節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)簇頭廣播的成簇消息后采用一種均衡分配的成簇策略選擇合適的 數(shù)據(jù)簇頭發(fā)送入簇信息；簇建立好后，就進(jìn)入通信簇頭的選取階段，通信簇頭由數(shù)據(jù)簇頭來(lái) 決定，由于在節(jié)點(diǎn)向數(shù)據(jù)簇頭的應(yīng)答消息中有自身剩余能量和與數(shù)據(jù)簇頭的距離、與基站 的距離等信息，數(shù)據(jù)簇頭可以根據(jù)這些信息選擇合適的節(jié)點(diǎn)成為通信簇頭，通信簇頭只負(fù) 責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)感知和采集，至此，簇的建立正式完畢。簇一旦建立完成后，在本輪 次時(shí)間內(nèi)，簇結(jié)構(gòu)不會(huì)再改變，至下一輪開始。
[0018] (3)多跳路由建立階段
[0019] 簇族建立完畢后，如果通信簇頭單跳將數(shù)據(jù)之間傳送給基站的話，遠(yuǎn)離基站的簇 頭會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)距離通信而耗費(fèi)大量的能量，從而導(dǎo)致能量消耗過(guò)快，所以在通信簇頭間用多 跳方式傳送數(shù)據(jù)，在通信簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)各候選下一跳通信簇頭的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)值動(dòng)態(tài)的 選擇下一跳通信簇頭，從而平衡各通信簇頭的能耗。
[0020] (4)穩(wěn)定通信階段
[0021] 此階段負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸工作。由于分簇建立階段會(huì)耗費(fèi)大量的額外通 信及計(jì)算能耗，所以穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸階段的時(shí)間必須要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分簇建立階段的時(shí)間才能保 證節(jié)約能耗。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)按簇頭分配給自己的TDMA時(shí)隙將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)簇頭，數(shù)據(jù)簇頭收 集到數(shù)據(jù)后運(yùn)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)來(lái)處理數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)融合后，數(shù)據(jù)簇頭將處理好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)給通信簇頭，由通信簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與轉(zhuǎn)發(fā)。在經(jīng)過(guò)設(shè)定的時(shí)間后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入下一個(gè) 工作周期，重新在每個(gè)區(qū)域內(nèi)建立新的簇族，如此循環(huán)直至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量耗盡。
[0022] 在以上4個(gè)設(shè)計(jì)階段上，分為以下步驟進(jìn)行研宄：
[0023] 一、建立能耗模型：
[0024] 根據(jù)無(wú)線通信理論，當(dāng)向距離d處的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送1節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，依據(jù)傳輸距離是 否超過(guò)閾值Cltl分為兩部分：當(dāng)傳輸距離小于閾值時(shí)，采用自由空間模型；反之，則采用多路 徑衰減模型。
[0025]emp為多路衰減模型的功率放大系數(shù)；Eele。為發(fā)送或接收電路消耗的能量；efs為 自由空間模型的功率放大系數(shù)；dtoMai為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到數(shù)據(jù)簇頭的距離；(1,。_為數(shù)據(jù)簇頭至通 信簇頭的距離；CLvch'為簇內(nèi)通信簇頭至下一跳中繼通信簇頭的距離；1為發(fā)送數(shù)據(jù)的比
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多感知不等半徑無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括設(shè)計(jì)階段與實(shí) 施階段；設(shè)計(jì)階段包括分區(qū)域階段、簇頭選舉及建簇階段、多跳路由建立階段與穩(wěn)定通信階 段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多感知不等半徑無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 所述設(shè)計(jì)階段具體按照以下步驟實(shí)施： (1) 分區(qū)域階段 區(qū)域劃分階段只執(zhí)行一次，完成監(jiān)測(cè)區(qū)域的分區(qū)；在此階段，基站以恒定的功率廣播一 個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包，同時(shí)設(shè)置計(jì)時(shí)器，等待監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)傳回回復(fù)信息，若計(jì)時(shí)器超 時(shí)，基站重新廣播測(cè)試信號(hào)； 監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到基站發(fā)出的信標(biāo)數(shù)據(jù)包后首先判斷該數(shù)據(jù)包的發(fā) 送路徑是否成環(huán)，若成環(huán)則丟棄該信標(biāo)數(shù)據(jù)包，否則記錄下接收到該信標(biāo)數(shù)據(jù)包的跳數(shù)并 將其加1后再轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰節(jié)點(diǎn)，若節(jié)點(diǎn)接收到多個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包，則僅記錄下最小跳數(shù)并將 其加1后轉(zhuǎn)發(fā)，其余接收到的信標(biāo)數(shù)據(jù)包均丟棄；當(dāng)信標(biāo)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)洪泛后則所有節(jié) 點(diǎn)都獲得了自己的鄰居節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)、距離等信息；節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)接收到的信標(biāo)數(shù)據(jù)包中包 含的跳數(shù)和接收信標(biāo)數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷與基站之間的距離遠(yuǎn)近、確定自身與基站 通信的功率大??；隨后傳感器節(jié)點(diǎn)將這些信息發(fā)送回基站；基站根據(jù)收到的傳感器節(jié)點(diǎn)回 復(fù)信息，按照一定的規(guī)則把監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域賦予一個(gè)固定的區(qū)域ID 號(hào)，離基站越近的區(qū)域ID號(hào)越?。蛔詈蠡緦⒎謪^(qū)信