[发明专利]一种无线传感器网络中基于网络均衡性的节能路由方法

摘要

一种无线传感器网络中基于网络均衡性的节能路由方法，综合考虑节点的剩余能量、路由距离的算法，属于无线传感器网络能量均衡路由算法领域，该方法基于柯西不等式，推导出了单跳距离和路径耗能的关系以及路由总距离和网络耗能的关系。并借此提出本方法的核心—中继选择参数，同时加上跳数控制，实现了能量均衡路由。仿真实验表明，该算法能量均衡性很好，并且整体网络寿命优于传统方法。

主权项

1.一种无线传感器网络中基于网络均衡性的节能路由方法，其特征在于：包括如下步骤：1).定义一个中继选择函数其中R(i+1).E表示中继节点i的下一跳中继的剩余能量，单位毫瓦小时(mWh)；d(i,j)表示中继节点i到中继节点j的距离，单位米(m)；rd表示循环的次数，即总的发送数据的次数；目标是找到下一跳候选中继待选节点中γ最大的节点，作为最优的中继选择；2).节点的初始通信范围为x；当运行一段时间后，随着部分节点的死亡，节点间距会增大；当初始通信范围为x不能找到合适路由时，通信距离加10m，即变成x+10；设置的传感器节点最大通信距离为x^max；设定通信半径的上限为最大通信距离x^max；跳数q最大为N，过多的中继跳转会增加中断概率；当通信半径超过x^max，或者有超过百分比门限L∈[0,1]的节点都能量耗尽时，就定义为网络死亡，结束路由传输；3).柯西不等式的一般形式为：而无线传感器的发送能耗与发送距离的关系为：E＝Kd^τ    (3)其中E表示能耗，K是常系数；在接下来的计算中我们令K＝1；d表示两个传感器节点之间的距离；τ是幂指数；在a+b＝m的条件下，m是常数，求a²+b²最小值；根据基本不等式：a²+b²≥2ab    (4)当a＝b＝m/2时，取得最小值；从源节点到目的节点的路由必然是多跳的；a_i表示第i个节点到下一跳的距离，求的最小值；根据公式(2)的柯西不等式，得：其中a₁+a₂+…+a_n＝c，c为常数，当且仅当时取得最小值；控制每一跳的距离，使每一跳的距离尽量接近，以降低总的能量消耗；此时，再假设每一跳的距离都一样；然后通过总跳数，即每条路径的总长度的选择，做到能量控制；4).源节点需要在传输数据之前检测其到最终的汇聚节点之间整条路径的可用性，即最先检测网络传输的基本可用性，在网络可用节点超过给定门限，以及节点传输距离范围内有可用节点可以中转数据后，源节点再开始发送数据，以免数据传输至中途没有路由可用，导致前期不必要的能量浪费；5).在无线传感网中，源节点首先选定一个初始通信范围x，向汇聚节点的方向逐一检测下次中继节点的剩余能量，选择其中剩余能量最大节点作为下一跳的中继节点；在选择第二条节点时，以上一跳的距离作为基准，依据提出的中继选择函数，结合节点剩余能量和传输距离选取下一个节点；6).节点在选择中继节点前，先发送探测帧，对待选节点的能量和位置进行掌握，源节点必须通过探测帧发现到汇聚节点的全部路由节点可用后，才发出要传输的数据；7).如果在选定的初始通信范围x中没有可用节点，就将该距离逐渐增大，直至到达最大通信距离x^max，停止寻找，路由结束，若发现超过百分比门限L∈[0,1]的节点都不能工作时，路由结束，网络不可用。