[发明专利]基于三维方块的能量均衡路由计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下传感器网络的路由协议，特别涉及基于三维方块的能量均衡路由计算方法。

背景技术

由于研究和开发海洋资源的需要，现代网络和通信系统已经从陆地和空中延伸到了海洋。水下传感器网络是近年来发展迅速，研究相当活跃的通信技术领域之一，是当代海洋研究、海洋环境立体监测，海洋资源勘探和开发，以及地震海啸等系统中的重要技术组成部分。相应的，研究水下传感器网络(UWSNs,UnderwaterWirelessSensorNetworks)可以给信息传输提供技术保障。另外，通过传感器节点可靠的以及能量有效的协作来执行监测任务，UWSNs已经被应用于很多应用场景。同时，UWSNs和陆地传感器网络(TWSNs,TerrestrialWirelessSensorNetworks)有很多不同，传统的应用在TWSNs上的路由协议并不能直接应用于UWSNs中。同时，由于水声调制解调器的发送功率和接收功率比较高，以及水下传感器节点因为海洋环境恶劣而更换困难，所以UWSNs中的能量有效更加重要，而且能量问题成为UWSNs中网络协议设计的重要准则。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明提出一种基于三维方块的能量均衡路由计算方法，将剩余能量和节点坐标作为选举簇头节点的参数，以节约节点能量，延长网络时间；利用节点剩余能量以及坐标来寻找数据传输的下一跳，建立可靠的数据传输路径。

基于三维方块的能量均衡路由计算方法，包括簇头选举和数据传输两阶段，首先将整个网络看做是一个三维方块，将其划分为小方块，每个小方块自成一个簇群；簇头选举阶段将剩余能量和节点坐标作为选举簇头节点的参数，以节约节点能量，延长网络时间；数据传输阶段利用节点剩余能量以及坐标来寻找数据传输的下一跳，建立可靠的数据传输路径。

所述簇头选举包括以下步骤：

S11、基站节点广播Cube-length报文；

S12、节点根据报文中的k值计算自己的方块号，开启计时器并将ClusterT置为1；

S13、在节点计时器结束之前收到其他节点发来的Cluster-Msg报文，则对报文信息进行判断；

S14、若报文中的方块号与节点自己的方块号一致，计算并比较参数Ci，如果报文中的参数Ci大于自己的参数Ci，停止计时并修改ClusterT为0；反之将报文中的信息保存至Cluster-List[]中并继续计时；

S15、若报文中的方块号与节点自己的方块号不一致直接丢弃报文并返回S13；

S16、重复S13-S15直到节点计时器结束；

S17、节点的计时器结束之后向半径为的范围内广播Cluster-Msg报文；

S18、节点在计时器结束之后收到其他节点发来的Cluster-Msg报文，判断报文中的方块号与节点自己的方块号是否一样，如果是，且ClusterT为1，则置该节点的ClusterT为0，同时输出该报文的发送节点；反之，如果方块号不同，节点将收到的报文丢弃；

S19、重复S18直到输出结果。

所述数据传输包括如下步骤：

S21、以基站为中心以2k为半径的三维范围所覆盖的方块区域内的簇头节点使用单跳的形式直接向基站传输数据；

S22、每个簇头节点计算其所有比其方块号小的邻居簇头节点的权值Vertex以及权值的最大减少量和最大增加量；

S23、每个簇头节点在其NCT中选出在权值范围内具有最小下界的节点作为下一跳节点输出结果，并将该邻居簇头节点加入到其路由表中；

S24、检查每个簇头节点NCT中的节点权值范围是否与具有最小下界的节点重叠，有重叠则将重叠节点输出，并将其加入到路由表中。

S12的具体过程为：节点根据Cube-length报文中的k值计算自己的方块号Gi(m,n,h)，网络配置完毕后开启一个计时器，并设置ClusterT为1；计时器的时长Ti根据公式确定：