[发明专利]一种基于认知无线传感器网络的分簇路由方法

权利要求书

1.一种基于认知无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、动态频谱感知分簇，采用层次聚类算法AGNES结合频谱感知获取的可用信道和节点间的距离对认知无线传感器网络范围内的节点进行聚类分簇，构建分簇拓扑结构；

S2、事件触发数据路由，根据步骤S1构建的分簇拓扑结构，将认知无线传感器网络各个区域触发的数据以簇内汇聚和簇间中继交替迭代的方式转发至汇聚节点；

S3、基于频谱变化和通信服务质量的自适应重新分簇：基于主用户PU行为变化引起的可用信道改变，触发认知无线传感器网络进行自适应重新分簇；每逢最低能量的节点在跨越一个能量区间时，其路由次数若大于前十次触发次数的五等分对应值，则不用重新分簇，否则，与频谱可用性变化一致，都引起重新分簇以改善分簇效果；

步骤S1包括以下步骤：

S1.1、分簇构建的起始与结束：从检测到第一个事件开始，源节点通过广播消息启动认知无线传感器网络的聚类过程直至分簇构建完成，将分簇数融合至最优簇数；

S1.2、邻居分簇对合并形成分簇：在簇数达到最优簇数之前，每轮迭代都伴随着分簇间距离、通信能耗以及所有分簇相邻簇权重矩阵的更新；每轮迭代每个分簇都向自己的邻居分簇发送合并请求，但只有权重最大的邻居分簇回复同意合并请求，只有相互为最大权重的邻居分簇对才进行合并；

权重矩阵中分簇C_i与分簇C_j的权重计算式为：

其中，E_cluster(C_j)表示被合并分簇的平均节点能量，表示分簇可用频谱的条数，D_{inter_clusters}(C_i,C_j)是分簇C_i与C_j之间的距离。

2.根据权利要求1所述的分簇路由方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S2.1、建立能耗均衡的簇头轮换机制：在每一轮路由节点迭代结束后，对各分簇的簇头进行更新；

S2.2、建立簇内与簇间传输的频谱决策及相应转发机制：采用载波侦听多路访问/冲突避免和时分多址相结合的混合介质访问方式来接入信道；

S2.3、簇内汇聚和簇间中继：簇内汇聚按簇内节点能否单跳传输至节点CH分为直传和簇内中继转发两种形式；簇间中继按是否需要其它分簇的节点作为中继进行转发，分为网关节点或包转发节点-网关节点两种情况。

3.根据权利要求1所述的分簇路由方法，其特征在于，步骤S1中，在分簇过程中对各分簇大小的平衡性引入奖励和惩罚因子，提升网络各分簇平均频谱利用率。

4.根据权利要求1所述的分簇路由方法，其特征在于，步骤S2中，引入新的能耗均衡策略来提升网络寿命；所述新的能耗均衡策略为：低能节点在下一轮触发中不再担任簇头的能耗均衡策略。