[发明专利]一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统

权利要求书

1.一种无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，包括：

步骤101：利用基站收集无线传感器网络中的节点信息，并根据所述节点信息构建初始最低能耗路径树；所述节点信息包括节点位置、节点能量以及节点ID；

步骤102：计算所述初始最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第一簇首竞争系数，逐一进行第一批簇首选择和节点入簇，构建第一分簇树并更新所述初始最低能耗路径树，确定一次更新后的最低能耗路径树；

所述步骤102具体包括：选取所述第一簇首竞争系数满足簇首竞争系数阈值范围内最大的第一簇首竞争系数对应的节点作为簇首；以所述簇首为根节点的子树作为第一分簇树，并保留所述第一分簇树内的通信路径；从所述初始最低能耗路径树中删除所述第一分簇树中的节点以及节点关联的边，确定一次更新后的最低能耗路径树；

所述从所述初始最低能耗路径树中删除所述第一分簇树中的节点以及节点关联的边，确定一次更新后的最低能耗路径树，之后还包括：

若所述最大的第一簇首竞争系数小于所述簇首竞争系数阈值范围的下限，并且已选出的簇首数量未达到簇首数量阈值，同时所述无线传感器网络内仍存在未入簇的节点，执行步骤103；

若已选出的簇首数量超出簇首数量阈值且无线传感器网络中仍存在未入簇的节点，执行步骤104；

若所述一次更新后的最低能耗路径树仅剩余所述基站时，执行步骤107中的“选择所述初始最低能耗路径树中所述基站的子节点作为中继节点”；

步骤103：计算所述一次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第二簇首竞争系数，逐一进行第二批簇首选择和节点入簇，构建第二分簇树并更新所述一次更新后的最低能耗路径树，确定二次更新后的最低能耗路径树；

所述步骤103具体包括：判断所述第二簇首竞争系数是否均为0，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示为所述第二簇首竞争系数均为0，执行步骤104；

若所述第二判断结果表示为所述第二簇首竞争系数不均为0，选取所述第二簇首竞争系数内最大的第二簇首竞争系数对应的节点作为簇首；

以所述簇首为根节点的子树作为第二分簇树，并保留所述第二分簇树内的通信路径；

从所述一次更新后的最低能耗路径树中删除所述第二分簇树中的节点以及节点关联的边，确定二次更新后的最低能耗路径树；

所述从所述一次更新后的最低能耗路径树中删除所述第二分簇树中的节点以及节点关联的边，确定二次更新后的最低能耗路径树，之后还包括：

获取更新后的当前最低能耗路径树；

若所述当前最低能耗路径树仅剩余所述基站时，执行步骤107中的“选择所述初始最低能耗路径树中所述基站的子节点作为中继节点”；

步骤104：计算已有簇首对于当前最低能耗路径树中除所述基站外的节点i的第三入簇竞争系数，簇首CH_j对节点i的入簇竞争系数计算公式为：

其中T_CM(i,CH_j)为簇首CH_j对节点i的第三入簇竞争系数；E(CH_j)为簇首CH_j的当前剩余能量；E₀为节点的初始能量；d₀为距离阈值；d(i,CH_j)为节点i到簇首CH_j的欧式距离；N_alive为无线传感器网络中存活节点总数；P为簇首百分比；K(CH_j)为簇首CH_j的汇聚介数；d(i,BS)为节点i到基站的欧式距离；

簇首CH_j的汇聚介数计算公式为：

其中，K(CH_j)为簇首CH_j的汇聚介数；M(CH_j)为构建以CH_j为根节点的分簇树时最低能耗路径树中以簇首CH_j为根节点的子树中的节点数量；

步骤105：判断所述第三入簇竞争系数是否为-∞，得到第一判断结果；

步骤106：若所述第一判断结果表示为所述第三入簇竞争系数不为-∞，依照所述第三入簇竞争系数对当前最低能耗路径树内的节点进行入簇操作，每当一个所述当前最低能耗路径树内的节点完成入簇，更新所述当前最低能耗路径树内的节点加入的分簇树以及所述当前最低能耗路径树；

步骤107：若所述第一判断结果表示为所述第三入簇竞争系数为-∞，将未入簇的节点按照所述初始最低能耗路径树中的路径与所述基站进行通信，并选择所述初始最低能耗路径树中所述基站的子节点作为中继节点；

步骤108：计算簇首以及所述中继节点之间的通信能耗；

步骤109：根据所述通信能耗计算簇首到所述基站的最小权值路径，将所述最小权值路径作为所述簇首与所述基站的通信路径，并根据所述簇首与所述基站的通信路径确定所述节点与所述基站的通信路径；

步骤110：确定所有节点按照所述节点与所述基站的通信路径将所述节点信息上传至所述基站；

所述步骤110之后还包括：

判断所述簇首和所述中继节点的能量是否低于将所述节点信息上传至所述基站的节点对应的能量阈值，得到第三判断结果；所述能量阈值为在上一轮节点信息传输过程中，将所述节点信息上传至所述基站的节点的剩余能量的50％；

若所述第三判断结果表示为所述簇首和所述中继节点的能量低于将所述节点信息上传至所述基站的节点对应的能量阈值，执行所述步骤101；

若所述第三判断结果表示为所述簇首和所述中继节点的能量未低于将所述节点信息上传至所述基站的节点对应的能量阈值，按照上一轮节点信息传输过程中的节点与所述基站的通信路径进行通信。