[发明专利]一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别是涉及一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置。

背景技术

在无线传感器网络(WSN)中目前多采用非均匀分簇路由算法(即狭义上所指的层次路由协议)，非均匀分簇路由算法中将无线传感器网络节点分为两个层次：内层节点数量较少，更多地承担转发数据的任务；外层节点数量较多，主要承担数据采集任务。针对多跳传输模式，簇头的主要工作为：一是融合簇成员发送来的数据，二是传送数据给离基站(BS)更近的簇头。因此靠近BS的簇头不仅要融合和发送自己簇其他成员的数据，还要融合和发送下级簇头传送来的数据，故该类簇头的能量消耗更大。

参见图1所示，图1中黑点表示簇头，圆圈表示围绕这个簇头形成的簇，箭头表示数据的传送方向。采集的数据首先由簇内成员节点传向各自簇的簇头进行融合，然后传向上级(离BS较近)簇头再进行融合，最后传向基站。

但是，在簇间路由阶段，多跳传输策略大都采用以基站为树根，所有簇头为枝干或叶子的树形拓扑结构。这种树结构本身存在以下缺陷：(1)转发树结构一旦完成，簇头间的上下级关系即数据传输路径也就确定，在分簇完成的该轮中很难再改变；(2)距离基站近的簇头，由于要承担更多的来自其子孙簇头的数据转发任务，因此其能量消耗巨大，容易造成数据阻塞和快速死亡；(3)在树结构中，一旦一个枝干簇头失效，会导致整个关联枝干工作失效，形成断链，需要频繁地执行局部分簇路由算法，浪费了节点能量和增加了网络传输时延；(4)当某个枝干的子树较多且频繁发送数据时，会造成该枝干的局部能量过度消耗，以及数据阻塞，增加了数据传输的延迟；(5)处于不同路径的簇头间需要交换数据时，需要基站转发，导致了额外的能量消耗。

因此，如何提供一种能够解决树结构导致的上述问题的基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置，采用连通图的结构连接各个簇头，使得簇头与基站间包含多条路径，均衡了各个簇头的数据量，减少了额外能量的消耗且提高了网络在有簇头失效时的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法，包括：

对所述无线传感器网络内的各个传感器节点进行分簇操作，确定各个传感器节点所处的簇以及簇头；

构建各个簇头间以及簇头与基站间的双向有向连通图；

按照预设多路径数据传输规则，选择各个所述簇头与所述基站之间的数据传输路径，并按照所述数据传输路径进行数据传输。

优选地，所述构建各个簇头间以及簇头与基站间的双向有向连通图的过程具体为：

控制距离所述基站的距离不大于d₀的簇头与所述基站之间形成连路；若距离所述基站距离d₀的范围内不包含簇头，则将距离基站最近的若干个簇头与所述基站相连；d₀为所述无线传感器网络的无线电模型的能耗阈值；

将所述基站加入与其连接的簇头的上级列表内，与所述基站连接的簇头加入所述基站的下级列表内；数据传输方向为从下级簇头传输至自身的上级；

将簇头i与簇头j的间距与预设间距阈值进行比较，若不小于所述预设间距阈值，则两个簇头间不形成连路，若小于所述预设间距阈值，依据预设连路判定关系式确定两个簇头间是否形成连路；簇头i与簇头j为所述无线传感器网络内的任意两个簇头；

所述预设间距阈值为：

(q+d_i/d_max)×d₀；

d_i为簇头i相对于所述基站的垂直距离，d_max为整个所述无线传感器网络区域相对于所述基站的最远垂直距离，q为疏密度控制常数；

所述预设连路判定关系式具体为：

其中，d_j为簇头j相对于所述基站的垂直距离，R_i是簇头i的簇半径，R_j为簇头j的簇半径；

各个簇头间连路构建完成后，对于上级列表为空的孤立簇头，筛选距离所述孤立簇头距离最短的若干个簇头，并从所述距离最短的若干个簇头中选择距离基站最近的簇头添加至所述孤立簇头的上级列表内；若未找到满足上述条件的簇头，控制所述孤立簇头与所述基站连接。