[发明专利]基于能量梯度和APIT网格的GPSR路由算法

摘要

本发明涉及一种基于能量梯度和APIT网格的GPSR路由算法，其特征在于：汇聚节点在平面直角坐标系X轴和Y轴上的位置为（1000,1000）；无线传感器节点组包括300个无线传感器节点（后简称“节点”），分别用Node()表示，=1,2,…,300；无线传感器节点组中有N个节点分布在400*400的事件区域中,事件区域在平面直角坐标系上对应的x轴和y轴范围分别为0～400和0～400。其改善热点路由造成的网络节点能耗不均的问题，通过预先设定节点能量阈值来减少全网节点死亡数，从而延长整个网络生命周期，提高数据传输效率。

主权项

1.基于能量梯度和APIT网格的GPSR路由方法，包括汇聚节点，无线传感器节点组，其特征在于：汇聚节点在平面直角坐标系X轴和Y轴上的位置为(1000,1000)；无线传感器节点组包括300个无线传感器节点后简称“节点”，分别用Node(i)表示，i＝1,2,…,300；Node(i)随机分布在1000*1000的网络区域中，(Xi，Yi)表示Node(i)在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标；无线传感器节点组中有N个节点分布在400*400的事件区域中,事件区域在平面直角坐标系上对应的x轴和y轴范围分别为0～400和0～400；无线传感器节点组中的300个节点和汇聚节点(1)的通信半径均为250；其具体的实现步骤如下：步骤1、对于无线传感器节点Node(i)，它的初始能量用Einit(i)表示，当前能量用Eourrent(i)表示，功率放大器的能耗用εamp(i)表示，自由空间消耗的能量用εfs(i)表示，发射电路消耗的能量用Eelect(i)表示，i＝1,2,…,300；步骤2、汇聚节点(1)将自己在平面直角坐标系下的x轴和y轴坐标发送给无线传感器节点组中的300个节点，无线传感器节点组中300个节点记录汇聚节点的x轴和y轴坐标；步骤3、对于事件区域中N个节点，用Event(e)表示，e＝1,2,…N，(Xe，Ye)表示节点Event(e)在平面直角坐标系上的x轴坐标和y轴坐标；根据公式计算Event(e)到汇聚节点(1)的距离,用D_S(e)表示,e＝1,2,…N；将D_S(e)按照数值从小到大排序并形成e所对应的点集队列Queue(l)，l＝1,2,…,N；将Queue中Queue(1)作为目的节点，记该点为D，(Xd，Yd)表示目的节点D在平面直角坐标系下的x轴坐标和y轴坐标；步骤4、将汇聚节点(1)作为其到目的节点D的查询路径R的起点，记为节点R(1)，无线传感器网络中将非事件区域300‑N个节点随机排列，构成非事件区域节点组，非事件区域节点组中的节点用Point(z)表示，z＝1,2,…,300‑N，(Xz，Yz)表示非事件区域节点组Point(z)在平面直角坐标系上的x轴和y轴；根据公式计算Point(z)到汇聚节点(1)的距离S1(z)，z＝1,2,…,300‑N，设满足S1(z)≤250的非事件区域节点组中的节点有M个，用Neighbor1(h)表示，h＝1,2,…,M，(Xh，Yh)表示Neighbor1(h)在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标，根据公式计算，D_T(h),h＝1,2,…,M，如果D_T(h1)是D_T最小数值，那么Neighbor1(h1)作为查询路径R的第二个节点用R(2)表示，在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标为(RX2，RY2)；步骤5、根据公式计算Point(z)到R(2)的距离S2(z)，z＝1,2,…,300‑N，设满足S2(z)≤250m的非事件区域节点组中的节点有L个，用Neighbor2(j)表示，j＝1,2,…,L，(Xj，Yj)表示Neighbor2(j)在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标，根据公式计算，D_R(j),j＝1,2,…,L，如果D_R(j1)是D_R中最小数值，那么Neighbor2(j1)作为查询路径R的第三个节点R(3)；步骤6、重复步骤5，寻找查询路径R中的节点R(a)，3＜a≤b，R(b)为目的节点D时，查询结束，查询路径R长b，共有b个节点，依次为R(1),R(2),…,R(b)；步骤7、事件区域中除目的节点D外剩余N‑1个节点，构成非目的节点组，非目的节点组中的节点用U_D(k)表示，k＝1,2,…,N‑1,(Xk，Yk)表示非目的节点组U_D(k)在平面直角坐标系上的x轴和y轴坐标，根据公式计算U_E(k)，k＝1,2,…,N‑1；步骤8、目的节点D将汇聚节点(1)沿查询路径R传来的数据洪泛传给非目的节点组U_D(k)中的N‑1个节点，根据公式ETx‑1(k)＝Eelec×n+n×εfs×D_E2(k)式中，n的值为大于等于3000且小于等于4000的整数，计算目的节点D到非目的节点组中N‑1个节点消耗的能量，用ETx‑1(k)表示，k＝1,2,…,N‑1；根据公式Ecurrent(d)＝Einit(d)‑ETx‑1(k)×(N‑1)计算目的节点D当前剩余能量，用Ecurrent(d)表示，式中k＝1,2,…N‑1；步骤9、根据公式ETx‑2(k)＝Eelec×n+n×εfs×D_E2(k)式中，n的值为大于等于3000且小于等于4000的整数，计算事件区域中N‑1个节点每个节点到目的节点D的能量消耗，用ETx‑2(k)表示，k＝1,2,…,N‑1；根据公式Ecurrent(k)＝Einit(k)‑ETx‑2(k)计算事件区域中N‑1个节点中每个节点当前剩余能量，用Ecurrent(k)表示，k＝1,2,…,N‑1；步骤10、将查询路径R中b个节点从后往前重新排列，构成反向路径R’，R’(1)＝R(b),R’(2)＝R(b‑1),…,R’(b)＝R(1)；目的节点D把收集到的数据沿反向路径R’传送到汇聚节点，反向路径R’的起点R’(1)为事件区域中目的节点D，终点R’(b)是汇聚节点，R’中的各节点在平面直角坐标系上的坐标用(Xs，Ys)表示，s＝1,2,…,b；步骤11、根据公式式中，s＝1,2,…,n‑1，计算反向路径R’中每两个节点之间的距离，用D_r(s)表示，s＝1,2,…,n‑1；步骤12、根据公式ETx‑3(s)＝Eelec×n+n×εfs×D_r2(s)式中，n的值为大于等于3000且小于等于4000的整数，计算反向查询路径R’中每个节点的能量消耗，用ETx‑3(s)表示，s＝1,2,…,n‑1；根据公式Ecurrent(s)＝Einit(s)‑ETx‑3(s)计算反向查询路径R’中每个节点当前剩余能量，用Ecurrent(s)表示，s＝1,2,…,n‑1；步骤13、依次重复步骤10～步骤12，直到至少出现以下两种情况中的一个：(1)如果事件区域中的目的节点D当前剩余能量Ecurrent(d)小于等于0，从Queue中选择Queue(l+1)代替原来的目的节点D，l＝1,2,…,N‑1；用节点Queue(l+1)的坐标代替原目的节点的坐标(Xd，Yd)；(2)对反向路径R’中的每个节点设定能量阈值0.2，如果反向路径R’中的某一个节点剩余能量Ecurrent(s)小于等于0.2，该节点记为R’(p)，p为1～n‑1中的一个值；以节点R’(p)为顶点，节点R’(p)与节点R’(p‑1)的连线为边，用[R’(p)′R’(p‑1)]表示；右手伸开，掌心向上，大拇指指向边[R’(p)′R’(p‑1)]的方向，从四指的方向上找到H个节点，用A(q)表示，q＝1,2,…,H；根据公式式中，(Xp‑1,Yp‑1)表示节点R’(p‑1)在平面坐标系上的x轴和y轴坐标，(Xq,Yq)表示节点组A(q)中每个节点在平面坐标系上的x轴和y轴坐标；计算节点组A(q)到节点R’(p‑1)的距离，用DD(q)表示，q＝1,2,…,H；选择DD(q)中数值最小的节点，用a表示；将节点a更新顶点R’(p)，顶点R’(p)更新节点R’(p‑1)，节点a与节点R’(p)的连线作为边更新边[R’(p)′R’(p‑1)]，用上面同样的方法找下一个点，依次找点并连线，直到找到的点连线围成一个多边形T，从节点R’(p‑1)开始，顺时针遍历多边形T，遍历到的第一个节点作为新的节点代替反向路径上节点R’(p)，反向路径R’被更新；步骤14、重复步骤9～步骤13，直到Queue中N个节点中每个节点的当前剩余能量Ecurrent(k)(k＝1,2,…,N)小于等于0为止。