[发明专利]基于分簇的三维无线光传感器网络路由方法

权利要求书

1.一种基于分簇的三维无线光传感器网络的路由方法，其特征在于，包括如下：

(1)将无线光传感器网络节点部署在一个边长为a的正方体监测区域内，节点开始初始化，即网络确定节点的ID号、节点的位置、节点初始能量E、节点至基站的距离d_toB这些基础信息；

(2)每个节点利用捕获瞄准跟踪APT系统对周围节点进行扫描，寻找自身的邻居节点，并将找到的邻居节点储存到邻居路由表中，记录为V_n；

(3)每个节点生成0～1的随机数R(n)；

(4)通过如下公式计算无线光传感器网络的最优簇首个数K_B：

式中，N表示网络存活节点总数，a表示节点部署正方体区域的边长，d_A表示各个存活节点至基站的平均距离；

(5)通过如下公式计算各个节点自身的簇首选举阈值T(n)：

式中，r为当前执行的轮数，ω是可调节的参数权重因子，d_max为网络中存活节点距基站的最大距离，d_toB(n)为存活节点n至基站的距离，d_min表示网络中存活节点距基站的最小距离，E(n)表示节点n的剩余能量，表示节点n所在簇内的平均节点剩余能量，G为前轮内未当选簇首的节点集合；

(6)每个节点将自身的随机数R(n)与阈值T(n)作比较，若R(n)小于T(n)，且该节点之前未被选举成簇首，则本轮将其当选为簇首，并把它从集合G中去除，若R(n)大于等于T(n)，或者该节点当选过簇首，则将该节点作为簇成员节点；

(7)每个簇首将包含自身信息的数据包，按照邻居路由表V_n向周围的邻居节点广播，其中广播的消息包含簇首的编号ID和位置L(x_n,y_n,z_n)、簇首编号集合H_n、簇首与其它簇首距离集合D_hh和簇首与基站距离集合D_hb；

(8)不同节点收到簇首发送数据包时进行不同的应对：

当接收到簇首发送数据包的邻居节点是普通节点时，这些普通节点检查自身的路由表中是否存在该簇首，若存在，则表明可以与该簇首通信，若不存在，则记录该节点到簇首的距离，并将簇首存储到该节点的路由表中；

当接收到簇首发送数据包的邻居节点是簇首时，邻居节点查看自身的簇首编号集合H_n中是否存在该ID，若存在，则执行(9)，若不存在，则添加该ID到集合H_n中，并将收到消息中的簇首与基站距离集合D_hb中自身缺少的元素添加到自身的集合D_hb中，最后计算邻居节点与发送数据的簇首间的距离d_hh，存储到自身的簇首与其它簇首距离集合D_hh中；

(9)普通节点向距离自身最近的簇首发送请求，加入到簇首所组成的簇中，实现无线光传感器网络簇结构的建立；

(10)簇首根据各自簇成员节点的数量分配不同的TDMA数据传输时隙；

(11)簇成员节点按照簇首分配的TDMA时隙，将自身剩余能量的状态信息和收集到的数据信息发送至簇首；

(12)簇首寻找其他簇首作为数据传输的中继节点，最终将数据传输至基站，若未寻找到其它簇首，则直接将收集或转发的数据发送给基站，由此建立起簇首至基站的传输链路；

(13)一轮结束后，返回(3)，重新开始分簇建立网络路由。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：(2)中节点利用捕获瞄准跟踪APT系统对周围节点进行扫描，所述APT系统包括图像探测器、粗跟踪子系统、精跟踪子系统和伺服子系统，其实现如下：

(2a)A节点的APT系统首先扫描指向不确定区域，当扫描到B节点的信标光时进行捕获；

(2b)A节点捕获到B节点的信标光后，由图像探测器正常接收，通过信号处理后，将结果传送到粗跟踪子系统，粗跟踪子系统控制伺服子系统内的万向架进行调整，使A节点粗对准B节点；

(2c)A节点切换到精跟踪子系统进一步做调整，精确对准B节点；

(2d)B节点按照同样的方式对准A节点，双方建立通信链路，使用信号光进行数据传输。