[发明专利]一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统

说明书

本发明涉及一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统。该方法包括：构建初始最低能耗路径树；构建第一分簇树并更新初始最低能耗路径树；更新一次更新后的最低能耗路径树；计算已有簇首对于除基站外的节点的第三入簇竞争系数；判断第三入簇竞争系数是否为‑∞，若是，将未入簇的节点按照初始最低能耗路径树中的路径与基站进行通信，并选择初始最低能耗路径树中基站的子节点作为中继节点；计算簇首以及中继节点之间的通信能耗确定节点与基站的通信路径；按照节点与基站的通信路径将节点信息上传至基站；若否，依照第三入簇竞争系数对节点进行入簇操作，更新节点加入的分簇树以及最低能耗路径树。本发明能够缓解“能量空洞”的问题。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别是涉及一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统。

背景技术

随着物联网的发展，作为数据感知与收集的重要通信技术之一具有低成本、自组织等特点的无线传感器网络得到大规模的应用。

无线传感器网络由大量的微体积无线传感器构成，体积微小导致传感器所装配的电池容量有限。在多种应用场景下由于传感器分布范围广泛、环境恶劣等因素导致不能进行及时的电池更换。所以，能量是限制无线传感器网络寿命的重要因素。

为延长无线传感器网络的寿命，提出了多种多样的能量路由策略。通过簇首数据融合减少传输数据量，但导致簇首早亡；为分担簇首能耗，提出双簇首方案，将数据融合和收集能耗与数据传输能耗分摊到两个节点上，但负责转发数据的簇首能量消耗过快；为减少数据传输能耗，采用簇首与基站多跳的通信方式以减少长距离传输，以达到节约簇首能耗，延长网络寿命的目的，但导致近基站节点能耗过快，出现“能量空洞”。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统，以解决目前的无线传感器网络出现的能量空洞的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无线传感器网络的分簇路由方法，包括：

利用所述基站收集无线传输网络中的节点信息，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；

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；

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；

根据所述第一分簇树以及第二分簇树计算已有簇首对于所述二次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第三入簇竞争系数；

判断所述第三入簇竞争系数是否为-∞，得到第一判断结果；

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；

计算簇首以及所述中继节点之间的通信能耗；

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；

确定所有所述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；

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所述二次更新后的最低能耗路径树内的节点进行入簇操作，每当一个所述二次更新后的最低能耗路径树内的节点完成入簇，更新所述二次更新后的最低能耗路径树内的节点加入的分簇树以及所述二次更新后的最低能耗路径树。