[发明专利]一种用于无线传感网络的能量感知路由算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，特别是涉及一种用于无线传感网络的能量感知路由算法。

背景技术

典型的无线传感器网络由传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和任务管理节点(用户)组成。节点任意散落在被监测区域内，除了感测特定的对象，还进行简单的计算并维持互相之间的网络连接。传感器网络具有自组织的功能，单个节点经过初始的通信和协商，形成一个信息传输网络。

路由算法负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它主要包括两方面的功能：导找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。在转发的过程中还要考虑减少节点能量消耗及保持能量消耗的均匀性。

现有的路由算法都针对于网络的应用与构成进行研究，分为平面路由算法和分层路由算法。

1.平面路由算法：平面型路由协议是指在路由过程中，所有节点所处的地位是相同的，都按照相同的策略进行路由发现和数据转发。现有的平面型路由协议有能量多路径机制、定向扩散路由、谣传路由、地理位置路由、可靠路由等。

2.分层路由算法：分层型路由协议与平面型路由协议不同，传感器节点在网络中扮演不同的角色。最简单的分层型路由协议是两层协议。传感器节点按照一定的规则进行分簇，每个簇内选举产生一个簇头，簇头之间按照平面型路由协议形成路由路径，即主干网。非簇头节点有数据传输需求时，首先将数据转发给所在簇的簇头节点，由簇头节点通过主干网将数据传输到目的节点。分簇算法是分层路由协议的重要组成部分，常用的分簇算法有LEACH算法，GAF算法，TopDisc算法。

路由算法的任务是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠的传递数据。由于传感器网络是资源受限的网络，因此路由算法的设计不能太复杂，不能在节点上保存太多信息，节点间不能交换太多报文等等。因此现有的路由算法无法满足对能量敏感的无线传感器网络的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于无线传感网络的能量感知路由算法，可提高整个无线传感器网络的生命周期，从而满足对能量敏感的无线传感器网络的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于无线传感网络的能量感知路由算法，包括以下步骤：

(1)对无线传感网络实现基于蜂窝网络结构的二层分簇机制；

(2)根据节点剩余能量和到单元格的中心距离动态选择簇头，形成一个处理并转发数据的骨干网络；其中，未担当簇头且未进行数据传输的节点进入休眠状态，担当簇头的节点对簇内节点进行管理；

(3)使用受限的泛洪机制实现以汇聚节点为最终目标节点的路由的建立：簇间根据最小路径代价和簇头的剩余能量在簇头之间建立路由表，通过调整参数，使整个无线传感网络中的节点只需通过一次广播即可建立最佳路由。

所述的步骤(1)和步骤(2)之间还包括对无线传感网络进行连通性维护的步骤。

所述的步骤(2)中包括以下子步骤：

(a)将簇内除进入休眠状态的节点外的所有节点均退避一个随机时间，该退避的随机时间长短根据与节点的剩余能量多少进行确定，节点剩余能量越多退避的随机时间越短，节点剩余能量越少退避的随机时间越长；

(b)若节点在退避时间内收到其他节点发送的本节点当选簇头报文，则确认发送该信号的节点为本簇内簇头的报文；若节点在退避时间内未收到其他节点发送的本节点当选簇头报文，则立即向其他节点广播本节点当选簇头报文，并宣布该节点为本簇内簇头。

所述的步骤(2)中进入休眠状态的节点在休眠时间到后被唤醒，被唤醒的节点向当前簇头发送当前簇头查询报文，簇头节点则用确认当前簇头查询报文应答该节点，该节点收到确认当前簇头查询报文后发送睡眠要求报文，如果收到簇头的睡眠确认报文则继续进入休眠状态，如果收到簇头否定睡眠报文则该节点准备数据传输。

所述的步骤(2)和步骤(3)之间还包括以下步骤：

(a)判断骨干网络是否建立，若建立则进入下一步骤，否则返回到步骤(2)；

(b)判断选择的簇头是否发生故障，若发生故障则返回步骤(2)，否则进入下一步骤；

(c)判断当前簇头能量是否降低至阈值或担当簇头的时间超过规定时间，若当前簇头能量降低至阈值或担当簇头的时间超过规定时间则返回步骤(2)，否则进入下一步骤。

所述的步骤(3)中通过路由跳数、或通信能耗、或下一跳簇头节点的剩余能量参数进行调整对路由代价进行权衡。

有益效果