[发明专利]一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法

权利要求书

1.一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，用于狭长拓扑的多个无线网络传感器节点的路由通信，其特征在于：以相对剩余能量、能量开销指标为参数，簇首节点构建基于最小生成树的最优多跳路径，具体过程如下：

(1)、在簇首选举阶段，每个节点根据相对剩余能量以及与汇聚节点之间的距离设置竞选簇首的时间，时间越小成功竞选概率越大；

簇首的选举是一种基于定时器的选举方法，其过程如下：

(1.1)、每个节点根据自身信息计算通信半径为：

式中，R_i为节点i的通信半径；d_max为节点到汇聚节点的最大距离；d_min为节点到汇聚节点的最小距离；d(i,DS)为节点i到汇聚节点的距离；R₀为预先设置的最佳半径；c取值为0～1，用于控制R_i大小的参数；

(1.2)、每个节点根据相对剩余能量以及与汇聚节点之间的距离设置竞选簇首的时间t(i)，时间越小成功竞选概率越大，如下式所示：

式中，E_res(i)和E₀(i)分别为节点i的剩余能量和初始能量；d(i,DS)为节点i到汇聚节点的距离；d_max为节点到汇聚节点的最大距离；ω为选举因素所占权重；T是预先设定的簇首竞争时间；

(1.3)、当节点i的簇首竞选时间到时，会以R_i为通信半径广播成为簇首的消息；

(2)、在成簇阶段，节点根据保存的簇首信息，选择加入距离最近且通信半径更大的簇，构建非均匀半径簇；

(3)、在多跳路径建立阶段，基于相对剩余能量、能量开销指标，簇首节点构建基于最小生成树的最优多跳路径；

具体过程如下：

(3.1)、以各簇首节点为源节点，进行最优路径的构建；

(3.2)、判断簇首与汇聚节点之间的距离是否在一定范围内，若在此范围内，则簇首直接传输数据到汇聚节点；若簇首与汇聚节点之间的距离大于此范围，则簇首在自己邻居范围内选择最优中继节点；

(3.3)、基于相对剩余能量和能量开销指标，选择代价最小的作为最优中继节点，具体计算如下：

式中，d为节点之间的距离；E₀(j)和E_res(j)分别为节点j的初始能量和剩余能量；α为选举因素所占权重；

(3.4)、最优中继节点继续上述步骤直至数据传输到汇聚节点。

2.根据权利要求1所述的一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，其特征在于：步骤(2)中，节点保存的簇首信息为步骤(1)中竞选成功节点广播的消息，包括节点的ID、通信半径和与汇聚节点之间的距离；普通节点计算与保存簇首之间的距离，并选择加入距离自己最近且簇半径较大的簇首。

3.根据权利要求1所述的一种狭长拓扑下的WSNs分簇路由方法，其特征在于：步骤(2)中，不同簇首的簇半径是不同的，距离汇聚节点越远，其簇半径越大。