[发明专利]无线传感器网络分簇路由方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及无线传感器网络，具体涉及无线传感器网络中的路由方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络。这些传感器在微小体积内通常集成了信息采集，数据处理和无线通信等多种功能。构建无线传感器网络的目的是感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络的核心技术在于网络的拓扑控制和网络中节点定位及时间同步。无线传感器网络中的拓扑控制主要研究的问题是：在保证网络覆盖和连通性的前提下，设置或调整节点的发射功率，并按照一定原则选择合适的节点成为骨干节点参与网络中数据的处理和传输，达到优化网络拓扑结构的目的。具体来说，无线传感器网络中拓扑控制可以分为两个研究方向：功率控制和层次拓扑结构控制。功率控制机制调整网络中每个节点的发射功率，保证网络连通，均衡节点的直接邻居数目(单跳可达邻居数目)的同时，降低节点之间的通信干扰。层次拓扑控制是利用分簇的思想，依据一定的原则适用网络中的部分节点处于激活状态，成为簇头节点，有这些簇头节点构建一个连通的网络来处理和传输网络中的数据；其他节点则处于非激活状态，关闭其通信模块以降低能量消耗，并且定期或不定期的重新选择簇头节点以均衡网络中节点的能量消耗。

传统的层次拓扑结构控制算法若不对簇的规模进行控制时，如经典的LEACH算法，则对节点的传输距离要求较高，而且每一轮的簇头选取波动较大，存在簇头选取不当的情况对耗能过分开销。若对簇的规模进行控制，如GAF算法，TTDD算法等，由于可以降低节点的物理构造使其更容易实现，但由于没有对节点到中心节点的数据信息转发提出很好的办法(通常是利用泛洪或类似泛洪的方式)，无目的性的转发导致了大的能耗，所以直接影响到了无线传感器网络的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低无线传感器网络总能耗的无线传感器网络分簇路由方法。

本发明的目的是这样实现的：

无线传感器网络节点中的每个中心节点都向外发送一个本身坐标的广播，普通节点选取离自己最近的中心节点作为数据信息发送的目标中心节点，求出每个普通节点与其目标中心节点的相对坐标，并根据普通节点的传输半径来确定所要划分网格的大小；再利用线性规划的理论对每个节点进行簇归属的判断，再利用正六边形的解析式计算出每个簇的中心位置进而求出每个簇的路径权值N；当簇的成员被完全确定后，在每个簇中以周期t为间隔轮流的进行簇头选取，第一个周期选取的簇头将对其邻居簇的簇头发送自身的路径权值N，并将小于其路径权值的邻居节点加入自己的路由表，作为下一跳的目的地；在无线传感器网络覆盖的区域中，一旦有激励事件发生，事件所在簇的簇头节点将对事件进行处理并按照路由表逐跳发送。

本发明提出了一种新的路由协议：固定蜂窝定向跳转协议(FCRP)。其核心内容是通过在初始化过程中，对整个网络进行固定的蜂窝划分，每个蜂窝区域在整个无线传感器网络的生命期中都固定为一个簇。根据簇与中心节点的距离来计算簇的权值N，通过对权值N的比较得到节点到中心节点的路径，并以t为周期在簇中轮流选取簇头节点，达到降低网络系统能耗、平均节点开销的目的。

本发明的方法综合考虑了以往算法的缺陷，在利用固定网格将簇规模化后，通过计算每个簇的路径权值以达到确定数据信息发送路径的目的，从而避免了泛洪方法或类泛洪方法对整个传感器网络的消耗。本发明的主要特点包括以下几个方面：

1.1使用六边形对整个网络进行划分，这种六边形的簇结构可以达到使用最少的分簇即将整个网络完全覆盖。

1.2利用节点与目标中心节点的位置关系来决定节点属于哪个簇。先确定簇的范围及簇的成员，再选取簇头节点。

1.3由每个固定的分簇与目标中心节点的距离求出每个固定分簇的路径权值，利用变化的路径权值确定数据转发路径。

1.4相邻的簇以不同时间更新簇头节点，保证了数据的发送的连续性和准确性。

1.5利用六边形簇发送数据时经历的路径要小于等于矩形簇的情况，从而减少了数据延迟。

附图说明

图1为区域被不同k值划分下的示意图；

图2为蜂窝簇的划分及其权值示意图；

图3为利用菱形与矩形确定正六边形的原理图；

图4为簇中心节点的曲线示意图；

图5为初始化程序流程图；

图6为运行阶段流程图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述：