[发明专利]动态分簇异构无线传感器网络的路由方法、装置及介质

说明书

本申请公开了一种动态分簇异构无线传感器网络的路由方法、装置及计算机可读存储介质。方法包括按照异构节点部署方法在网络中部署多个异构节点；异构节点部署方法为利用奔走步长和围攻步长可变的狼群算法获取网络中所有普通节点到汇聚节点距离和的最小值；利用动态分簇方法从普通节点中选择簇首并分簇，簇内成员节点将采集数据发送给所在簇簇首，并基于其与各异构节点或汇聚节点的距离确定数据传输方式；动态分簇方法为将簇首与各异构节点或汇聚节点的距离满足预设距离条件作为簇首选举的阈值参数的DEEC方法；当检测到簇首节点能量消耗至当选簇首时能量的设定比率值时，重新选举簇首并分簇，使得网络中各节点的能量消耗更加均衡，提高网络生命周期。

技术领域

本申请涉及无线传感器网络监测数据传输路由领域，特别是涉及一种动态分簇异构无线传感器网络的路由方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)为物联网工程中承担智能感知的重要环节，通过传感器节点对指定区域进行实时监控，并采用无线多跳方式将获取的数据发送到汇聚节点，在国防安全、环境监测、灾害预警等领域具有十分广泛的应用前景。其中，路由技术作为WSN的核心技术之一，主要用于寻找传感器节点到汇聚节点的最优路径，并将监测数据沿指定的路径精确转发，以降低网络能耗，延长生命周期。由于无线传感器网络资源的局限性使其和传统的有线网络相比有很大的不同，许多传统的有线路由技术并不适合它，因此根据其自身特点研究合理有效的WSN路由方法具有更高的科研价值。

无线传感器网络路由方法的设计目标主要包括：寻找能量高效的数据传输路径、最大化延长网络的生命周期、提高路由的鲁棒性和可靠性、支持数据融合和数据转发等。另外，根据不同的监测环境和应用条件，需要一些其他的要求，如网络的安全性、自适应性等。在WSN中，根据节点的计算能力、感测能力、通信能力和能量因素的不同可以将WSN分为4种不同的异构类型：计算能量异构型、节点能量异构型、链路异构型以及网络协议异构型。

给节点配置不同初始能量的能量异构传感器网络在降低网络能耗，提高网络生命周期方面具有更直接的作用和现实意义。相关技术已经证明利用传感器网络的小世界特性，在节点密集区域部署能与sink节点(汇聚节点)直接通信的异构节点，并形成超级无线通信链路，将会使异构无线传感器网络同时拥有较小的平均路径长度以及较高的聚类系数，从而可以通过调整异构节点的发射功率改变其通信距离，提高节点的能量利用率，减少网络通讯开销，使网络能量消耗更加均衡，延长网络生命周期。

在实际设计中，可以给适当的无线传感器节点设置电源构成异构无线传感器网络，从而延长WSN的网络寿命。这种设计在环境恶劣的区域内更具有优势，同时也是无线传感器网络设计方案的总体趋势。即使在同构无线传感器网络中也存在着能量异构的异构无线传感器网络特征，例如，当无线传感器网络工作了一段时间后，为了延长网络的使用时间，会增加新的无线传感器节点，此时新节点比旧节点拥有更多的能量。但是异构节点的造价比较昂贵，考虑到无线传感器网络的成本，所以不能在WSN中无限制地部署异构节点。因此，如何优化部署异构节点使无线传感器网络达到最优的网络性能为本领域技术人员需要解决的问题。

为了降低网络能耗，提高网络生命周期，许多有效的路由方法已经被提出。其中分簇路由方法凭借其良好的扩展性和优秀的网络性能，已经成为WSN路由方法研究的重心。传统的分簇路由方法如DEEC(Distributed Energy-efficient Clustering Routing，分布式能量有效的分簇路由)方法常用于多级异构网络，该方法使用网络平均能量和节点剩余能量的比值控制节点成为簇首的概率，尽管可使拥有更多初始能量和剩余能量的节点更易成为簇首，但是由于在簇首选举过程中未考虑到节点的位置因素，如果大量簇首分布在监测区域边缘，簇首距异构节点或者sink节点较远，则会在数据传输过程中消耗过多能量，造成簇首快速死亡，这些缺点导致节点能量消耗不均衡，网络稳定周期和生命周期不长。