[发明专利]一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议

权利要求书

1.一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议，其特征为：通过网络中节点深度值和剩余能量优化了分簇以及簇头间路由选择算法，解决了无线传感器网络的节能问题。

2.根据权利要求1所述，一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议其特征包括：

传感器网络首先执行初始化阶段，以建立网络节点深度值；初始化前，Sink（汇聚）节点的节点深度值D设置为0，其他节点的节点深度设置为无穷大；

Sink节点首先以通信半径R广播自己的节点深度消息；其他节点收到广播消息后，按照以下方法进行处理：节点i收到节点j广播的节点深度消息时，如果收到的节点深度值                                                小于节点自身的节点深度，则将自身的节点深度值设置为，并且以通信半径R广播新的节点深度值（）；否则不广播；

初始化阶段完成后，该算法按轮执行，每一轮主要有以下3个阶段：

2.1分簇阶段：

分簇开始时，进入信息广播时段；

该时段内，网络中各个节点以通信半径R广播一条消息给其邻居节点，其中包含自身节点ID和剩余能量；任意节点i采用以下公式计算其邻居节点的平均剩余能量值；

                     

式中，表示节点i的邻居节点的剩余能量平均值，为邻居节点j的剩余能量，n表示节点i的邻居节点总数量；

时段结束后，进入簇头竞争时段，各节点根据邻居节点的平均剩余能量和自身剩余能量确定声明簇头的时刻，簇头声明广播消息的无线通信半径设置为R；簇头声明广播的时刻计算如下：

 

 其中，为簇头声明等待时间，为邻居节点剩余能量的平均值，为节点剩余能量，为簇头竞争总时间，为[0.95，1]之间的随机数；

根据以上的公式，具有高剩余能量的节点将会优先发送簇头声明广播，其他节点收到广播后，选择最优的簇头进行注册，成为某个簇的成员；

如果节点在自身簇头声明时刻之前收到另一个簇头声明广播，则节点不再发送簇头声明，放弃竞选簇头；

当时段完成后，是入簇时段，普通节点选择最优簇头加入；如果一个节点同时收到两个簇头的广播，节点选择节点深度值较高的节点作为簇头，若节点深度值相同，则选择能量较高的节点作为簇头；

2.2簇内传输阶段：

分簇阶段完成后，簇头根据簇成员的数量建立一个包含若干个时隙的TDMA调度表为本簇内的所有簇成员点分配数据传输的时隙；然后，簇头把该调度表发送给簇内的成员节点，成员节点根据 TDMA 调度表，在分配给自己的时隙内将监测数据传送给簇头节点，以此来避免成员节点同时发送数据导致的干扰；

2.3簇间传输阶段：

首先，所有簇头广播一条消息，广播功率覆盖两倍簇头竞争半径范围(2R)内的节点；

这条消息包括簇头 ID、节点深度值、剩余能量、成员节点数的信息；簇头接收到消息后，则建立一个邻居簇头信息表；然后，根据邻居簇头的信息选择下一跳节点；如果簇头自身节点深度为1或2时，则设置下一跳节点为Sink节点，直接发送数据到Sink节点；若簇头节点深度大于2，则采用以下公式计算簇头节点到其邻居簇头的路由因数，并选择路由因数值最大的邻居簇头作为下一跳节点；

路由因数计算公式如下：

  

式中，表示簇头节点到的路由因数，表示簇头的剩余能量，为节点的初始能量，为簇头的成员节点数量，为簇头的节点深度值，为簇头的节点深度值，、、为加权系数，且++=1，>>>0；

依照上述的方法，传感器网络中的所有簇头节点之间便建立起优化的路由路径；各簇头节点根据簇间路由表发送自己的簇内数据、或者转发收到其他簇头的数据；

每一轮数据传输完成后，返回到2.1，按照同样的方法继续执行下一轮。