[发明专利]基于分簇的三维无线光传感器网络路由方法

说明书

本发明提出了一种基于分簇的三维无线光传感器网络路由方法，主要解决现有技术中存在网络生存时间短和节点能量损耗不均衡导致簇首死亡过快的问题。其实现方案为：对无线光传感器网络节点进行初始化；通过APT系统发现邻居节点；计算网络的最优簇首数量，计算出簇首选举阈值；依据节点生成的随机数与阈值比较选举簇首；每个簇首将包含自身信息的数据包广播给邻居节点，建立簇结构；每个簇首收集簇成员节点的数据，以单跳或者多跳的形式传输至基站；一轮结束后，重新开始分簇建立网络路由。本发明均衡了网络能量损耗，解决了节点与基站距离受限的问题，提高了网络生存时间和抗毁性，可用于对能量均衡和生存时间有较高要求的三维无线光传感器网络。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种无线光传感器网络的路由方法，可用于节点能量有限和对网络生存时间有较高要求的三维无线光传感器网络。

背景技术

无线光通信(OWC)技术是一种以激光为载体，利用调制编码将可见光、红外光等激光通过大气信道实现点对点，点对多点以及多点对多点的数据交互的双向通信技术。无线传感器网络(WSN)是一种由众多传感器节点组织形成，达到协作感知和通信功能的网络。而无线光传感器网络(OWSN)结合了OWC和WSN的优势，由众多的光传感器节点组成网络，节点间采用光信号进行信息传输，自组织构建网络以实现对部署区域的覆盖监测。OWSN还可以与其他有线或无线的网络互联，形成高速的信息系统。目前，国内外对OWSN公开的报道比较少，其组网研究还不成熟。由于OWSN链路要求视距传输，其功率受限且易受大气信道的影响，对收发端性能要求较高，因此OWSN网络节点间的组网受到一些限制，三维环境下的OWSN更是如此。网络中每个节点在能量有限的同时，既要保证通信质量，又要考虑其能量损耗，最大限度延长网络的生存时间。因此，需要合理有效的路由算法来最大限度的弥补由OWSN链路特性带来的问题，提高网络的生存时间和通信系统的性能。

针对OWSN链路的缺陷，公认的解决方法一般有以下三种：第一种是采用多收发的OWC系统，在物理层面降低OWC链路缺陷对组网带来的影响；第二种是将OWC与传统微波射频网络相结合，小规模网络采用微波射频，网络中继采用OWC，从而构建混合的网络；第三种是从组网的角度分析，常用的方法是通过特定的分层网络拓扑结构，在网络建立前确定节点的职能，通过区分簇首与普通节点使网络层次化，数据传输时普通节点向簇首传输数据，簇首融合数据后再向基站发送信息，实现网络通信。例如无线传感器网络中经典的LEACH协议，通过在执行过程中以“轮”为周期运行，以簇为基础构建网络，每个簇都在新的一“轮”中重建。但基本的LEACH算法有许多局限性，如簇首选举，能量消耗不均衡等问题，限制了其应用与扩展。对于上述问题，Dong Ying,Su Zhenzhen,Zhou Zhanying等人在“An ImprovedLEACH Algorithm Based on Nodes'Remaining Energy and Location”(Journal ofUniversity(Engineering Science Edition),2015,46(3):499-503.)中提出了Leach协议改进算法。该算法考虑了簇首的选择和节点剩余能量问题，其虽性能有一定的提高，但仍存在网络生存时间短、簇首死亡过快的不足。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于分簇的三维无线光传感器网络路由方法，以解决现有技术中存在的网络生存时间短和节点能量损耗不均衡导致簇首死亡过快的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括以下步骤：

(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)；