[发明专利]心电监护物联网感知层中能量高效的路由协议实现方法

说明书

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及到用于心电监护物联网感知层中传感器节点路由协议的实现方法。

背景技术

物联网是将传感器、传感器网络等感知技术，通信网、互联网等传输技术，以及智能运算、智能处理技术融为一体的连接物理世界的网络。从架构上来说，物联网由感知层、网络层、应用层三部分组成。最底层是感知层，由传感器和传感器网络组成；中间层是网络层，主要由移动通信网和互联网组成；最上层是应用层，是指智能运算与智能处理。

本发明研究的心电医疗监护物联网架构如图1所示。感知层由监护病人身上佩戴的心电监护传感器节点，传感器网关、无线传感器网络构成，主要完成心电监护病人节点以自组织形式构成无线传感器网络，通过单跳或多跳方式将监测数据传到传感器网关，完成心电信息的采集。网络层由互联网、移动通信网、信息中心和管理中心等构成。网络层将感知层获取的信息借助无线通信或有线通信的方式传送到心电信息管理中心进行传递和处理。应用层实现心电数据的智能处理，医护工作人员利用计算机或PDA随时查看病人的心电数据，根据实际情况对病人采取相应措施。

发明内容

本发明的目的是保持原LEACH阈值公式不做任何改动，提出“二次选择”方案的心电监护物联网感知层路由协议，解决路由协议中簇头和簇规模的选择问题，减少物联网感知层总能量消耗，平衡节点能量消耗，延长网络生命周期。

本发明所采用的技术方案是：当簇形成之后，根据簇规模大小进行打碎或重组，将簇头分布进行优化，平衡簇的规模。路由协议中普通节点选择簇头时，不仅考虑到各簇头，还考虑到Sink节点，基于距离和能量耗费决定是加入某个簇，还是作为一个独立节点直接与Sink节点通信。本发明能够减少物联网感知层总能量消耗，平衡节点能量消耗，延长网络生命周期。

本发明的效果和益处是：研究了适用于心电监护物联网感知层的路由协议，以减少物联网感知层总能量消耗，平衡节点能量消耗，延长网络生命周期，为心电监护物联网的应用开发提供了指导意义。

附图说明

图1是心电医疗监护物联网架构示意图；

图2是成簇后出现簇规模小的示意图；

图3是出现簇规模小改进之后成簇示意图；

图4是成簇后出现簇规模大的示意图；

图5是出现簇规模大改进之后成簇示意图；

图6是固定节点成簇算法；

图7是平均能量消耗对比。

其中：

1：物联网应用层    2：物联网网络层

3：物联网感知层    4：医院

5：医生            6：120急救车

7：2G网络          8：物联网管理中心

9：因特网          10：物联网信息中心

11：3G网络         12：4G网络

13：无线传感器网络 14：传感器网关

15：传感器节点

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施例。

本发明根据心电监护物联网的特点，选择经典聚类路由协议LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)作为理论基础，在LEACH协议之上提出了一种改进型低能耗自适应聚类路由协议的路由协议LEACH-SC(LEACH-Second Choice)。其主要思想是保持原LEACH阈值公式不做任何改动的前提下，提出了“二次选择”的方案，具体实施步骤是：

(1)簇头的选择

由于路由协议LEACH是让网络中簇首节点是随机产生的，这种随机产生的方式存在一个缺陷，即不能保证簇首节点的均匀分布，就不能保证簇的规模的合理性。当簇形成之后，我们将规模过大的簇进行打碎重新在该簇内再选择一个簇头，利用两个簇头共同分担该簇，反之则将规模过小的簇头取消，让该簇的成员进入其它簇。这样我们就可以将簇头的分布进行优化，平衡簇的规模，在一定程度上解决簇头分布不均匀的问题。

由最佳簇头数目