[发明专利]无线传感网节点自适应负载均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网技术，特别涉及无线传感器网节点自适应负载均衡方法。

背景技术

在无线传感器网络层次路由协议中，网络节点按照分簇算法分成相应的簇，每个簇由1个簇首和若干簇内成员组成；簇首负责管理本簇范围内的簇内成员，控制簇内成员间的通信，网络可扩充性好，网络规模受限制较小。簇首是从一系列节点中动态选取，簇首的数目和位置分布以及节点如何选择加入簇对网络负载均衡程度具有重大影响，有效的簇首选取策略可以提高网络负载均衡和簇首均匀分布程度。

图1显示无线传感器网的分簇场景，每个簇包括一个簇首和若干个簇内成员，在图1中无线传感器网被分为三个簇。

一个由N个随机部署的传感器节点形成的网络，其应用场景为周期性的数据收集。采用无线通信能耗模型。节点发射1位的数据到距离为d的位置，消耗的能量E_Tx(l，d)由发射电路损耗和功率放大损耗组成，功率放大耗损则根据发送者和接收者之间的距离分别采用自由空间模型和多路径衰减模型，即

Et(k,d)=kEelec+kϵfsd2d<d0kEelec+kϵmpd4d≥d0]]>

式中E_elec为发射电路的耗损能量。ε_fs和ε_mp分别为2种信道模型下功率放大所需能量。若传输距离d小于阈值d₀(d₀为常数)，功率放大损耗采用自由空间模型；d大于等于d₀时，采用多路径衰减模型。节点接收1位数据消耗的能量E_Rx仅由电路耗损引起，即

E_Rx＝IE_elec

此外，数据融合消耗一定的能量，簇首将簇内成员的数据信号和自身的数据信号融合为一个有效信号消耗的能量E_C由下式决定

E_c＝(M+l)E_DAl

式中，E_DA表示融合单位数据信号消耗的能量，M为簇内成员的个数。

现有的LEACH算法作为一个代表性的层次路由协议在资源受限的WSN得到了广泛的应用。尽管在假定传感器节点均匀随机分布的情况下，可计算出网络中簇首数目的最优值，但是由于LEACH算法中簇首的产生具有极大的随机性，每轮产生的簇首数不总是等于预先设定的最优值。如果产生的簇首太少，可能出现部分簇首相距Sink节点太远或部分簇内成员离簇首太远的情况，按照多路径衰减模型的长距离通信将会导致某些节点能量过快地耗尽而死亡，不能有效地延长网络生存时间，网络负载极不均衡。即使是能够产生网络所期望数目的簇首，簇首选举的随机性使得网络中簇首需要负担的簇内成员数目不同，可能出现节点密集地方簇的规模大，而节点稀疏地方簇的规模小的情况，使得网络负载均衡程度下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网节点自适应负载均衡方法，以便解决现有的网络负载均衡程度下降的缺陷。