[发明专利]一种无线传感网簇间分布式路由方法

说明书

本发明公开了一种无线传感网簇间分布式路由方法，属于无线传感器网络领域，其有效降低了大规模无线传感器网络簇头间数据传输的干扰。本发明包括簇头间通过Hello消息交换彼此的逻辑连接关系及负载信息，并将其记录入邻居表中；簇头先根据邻居簇头的父簇头数量与流量负载，计算簇头的数据传输对其邻居簇头数据传输的干扰因子；子簇头以父簇头的干扰因子为依据计算各父簇头承担下一跳数据传输的概率。本发明能够有效降低数据传输过程中簇头间的相互干扰，提高网络的数据传输效率。

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，具体地说，涉及一种无线传感网簇间分布式路由方法。

背景技术

分簇拓扑结构便于管理，有利于分布式路由算法的应用，具有较好的可扩展性，适合大规模无线传感器网络应用。分簇路由协议通常将网络划分为簇，每个簇由簇头和多个簇成员组成，簇头管理或控制整个簇内成员节点，数据通过簇头间多跳传输至汇聚节点。由于传感器节点易失效、分簇结构存在瓶颈、簇头的高负载使网络分割的可能性增加，这要求路由算法具有一定的容错能力。同时，无线信号干扰及信道争用也是分簇路由设计过程中不可忽视的重要因素。

针对无线传感器网络分簇路由，围绕簇头的产生、簇的形成和簇的数据传输而设计了许多WSN分簇路由算法。《能量感知的无线传感器网络数据收集协议》，软件学报，2007，18(5)：1092-1109，作者刘明，曹建农，陈贵海等，公开了基于节点自身及其邻居节点剩余能量设计簇头选举及簇构建方案，通过调节簇头覆盖半径确保由簇头形成的子图连通性，再构建汇聚树传输数据。但当网络负载较大时，不同簇成员之间的数据传输容易产生冲突，使得簇头收集数据效率下降，从而容易导致网络拥塞。《efficient routing algorithmbased on unequal clustering and connected graph in wireless sensor networks》，International Journal of Wireless Information Networks,2016,23(2):141-150，作者Xia H，Zhang R，Yu J，公开了通过调节传感器节点的通信半径将传感器网络进行非均匀分簇，再采用连通图理论设计路由选择算法。但分簇时仅考虑能量空洞避免，使得簇网络拓扑为节省能耗而频繁变动，导致维护网络稳定性的代价过大，造成网络性能下降。簇头间路由算法仅使用图论设计簇头间数据传输路由，忽视了无线传感网协议栈的信息共享以及传感器节点数据传输特点，优化效果受限。

从上述现有技术可知，现有WSN簇结构及路由方法能耗不均衡、性能不稳定；如何利用无线传感器网络分布式的特点建立更高效的启发机制、通过局部区域有限范围内节点之间的互动和信息反馈来分簇与路由，在降低节点间数据传输干扰、保证网络运行周期的同时，提高簇稳定性和网络数据传输性能仍然有待进一步创新。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有大规模无线传感器网络簇头间相互干扰的问题，本发明提供一种无线传感网簇间分布式路由方法，能够有效降低数据传输过程中簇头间的相互干扰、缓解重负载情况下网络拥塞程度、平衡网络负载、延长网络生存时间，适用于大规模无线传感器网络应用。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种无线传感网簇间分布式路由方法，包括使用簇头数据传输对其邻居簇头的影响定义干扰因子作为下一跳选择的依据。

优选地，包括如下步骤：

步骤A，簇头间通过Hello消息交换彼此的逻辑连接关系、簇头负载预测值以及自身的干扰因子，并将其记录入各自的邻居表中；邻居表中，标记出簇网络构建过程中直接形成的，或依托簇网络与汇聚节点间距离差异构建的簇头间父、子、同层关系；

步骤B，更新与维护簇头i数据传输对邻居簇头数据传输的干扰因子；