[发明专利]一种可控簇规模的能耗均衡路由方法

摘要

一种可控簇规模的能耗均衡路由方法，包括：步骤1，通过簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与其簇成员节点之间的链路质量(LQI)和簇首候选节点的度对簇首进行选举；步骤2，利用虚拟引力方法将普通传感器节点加入到簇首中形成簇，以此对簇规模进行控制；步骤3，设计簇首下一跳代价选择函数来均衡网络中簇首节点的能耗，簇首间路由采用链路式路由协议。本发明提出的一种可控簇规模的能量均衡路由协议，该协议在簇首选举、簇规模控制和簇首间路由都充分考虑了负载均衡。因此本发明对于无线传感器网络路由研究的主要难点节点负载不均衡的问题上有重要意义。

主权项

一种可控簇规模的能耗均衡路由方法，其特征在于：所述路由方法包括如下步骤：步骤1：簇首选举，过程如下：考虑簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与其簇成员节点之间的链路质量LQI和簇首候选节点的度进行簇首选举，为每个传感器节点建立并储存邻居节点表，如表1所示：IDEjRSSIijLQIij表1其中，ID为邻居节点的唯一表示，Ej为邻居节点的剩余能量，RSSIij为节点与其邻居节点之间的信号强度，LQIij为节点与邻居节点之间的链路质量，根据表1中的相关信息计算每个簇首候选节点的W值，如公式(1)所示，W值综合考虑了簇首候选节点的剩余能量、簇首候选节点与簇成员节点的链路质量以及簇首候选节点度，当簇首候选节点的W值大于其竞争半径内其它传感器节点的W值，则该簇首候选节点出任簇首；W=α·Ei1DΣj=1DEj·EiE0+β·Σj=1DLQIijD·LQImax+χ·DDa---(1)]]>公式(1)中，α、β、χ为常数，根据经验设置，且α+β+χ＝1，Ei为簇首候选节点的剩余能量，Ej为簇首候选节点i竞争半径内点j的剩余能量，E0为传感器节点的初始能量，LQIij为簇首候选节点i与其竞争半径内的邻居节点j之间的链路质量，LQImax为一个常数，即链路质量范围内的最大值，Da为传感器网络的平均度，D为簇首候选节点的度；步骤2：簇规模控制，过程如下：步骤2.1：簇首的选择是以候选簇首节点为圆心，以竞争半径为半径的范围内判断候选节点是否出任簇首；利用节点距离Sink节点的最短跳数表示节点与Sink节点的距离，传感器节点的最短跳数可通过传感器网络洪范方法获得；竞争半径采用信号强度，当节点与簇首候选节点之间的信号强度大于cr，cr为竞争半径对应的RSSI值，则认为该节点位于簇首候选节点的竞争半径内；cr如公式(2)所示：cr=RSSIr×(1-1hopmin+h)---(2)]]>公式(2)中，RSSIr表示在节点通讯半径r处的信号强度值，hopmin表示距离Sink节点的最短跳数，h为常数；步骤2.2：节点i出任簇首后，向周围传感器节点广播信标帧，告知其邻居节点；广播的信标帧中包括簇首的剩余能量Ei和簇首到邻居节点j的信号强度RSSIij同一个邻居节点j可能收到多个簇首发送的信标帧，根据信标帧中的信息计算节点j与其各个邻居簇首的引力F(i,j)，最后节点j加入对其引力最大的簇首，引力计算如公式(3)所示：F(i,j)=Ei·EjRSSIij2---(3)]]>公式(3)中，Ej为普通节点的剩余能量；步骤3：簇首间路由，过程如下：步骤3.1：簇首结点功率放大，簇成员节点定时采集数据并通过一跳路由发送至簇首节点，然后簇首节点将数据进行融合并转发给下一跳簇首节点，最后将数据传输至Sink节点；簇首节点主动放大发射功率，将通讯半径r调整为R＝γ×r，γ为常数且大于1；步骤3.2：簇首间路由设计，簇首间路由采用链路式路由协议，设计簇首下一跳代价选择函数，如公式(4)所示：Cost(ci,cj)=a·E0Ecj+b·HcjHmax+c·DDa---(4)]]>公式(4)中，ci为需要发送数据包的簇首节点编号，cj为与簇首ci相邻的簇首节点编号，Ecj为簇首cj的剩余能量，Hcj为簇首cj距离Sink节点的最短跳数，Hmax为簇首ci的通讯半径R内的簇首节点距离Sink节点的最短跳数的最大值，D为簇首ci的度，Da为网络平均度；当簇首节点ci收集了其簇成员节点的数据，然后根据代价选择函数计算与之相邻的簇首节点cj转发其数据包的代价，选择转发代价最小的簇首作为下一跳转发节点。