[发明专利]一种基于能量均衡的RPL路由协议分簇方法

摘要

一种基于能量均衡的RPL路由协议分簇方法，其特征在于包括下述内容：网络模型设计，通过假设各个环型区域内能量消耗基本相等准则和数学公式来推导出各个环型区域中簇头节点所占的比率，以此来确定算法中的成簇概率因子。为确保各个簇头相对均衡地分布在环型区域内，采取候选簇头竞争和调整因子机制。为缓解内层网络的能量空洞，模型采取不同环型层次不同成簇半径的异构簇方式。利用成簇概率模型计算网络中节点的成簇概率来实现选取候选簇头。用户能够使无线传感器网络在能量消耗和能耗均衡方面具有较高性能，能够有效增长网络生命周期，从而使大量的传感器节点接入互联网成为可能。

主权项

1.一种基于能量均衡的RPL路由协议分簇方法，其特征在于包括下述内容：网络模型设计，通过假设各个环型区域内能量消耗基本相等准则和数学公式来推导出各个环型区域中簇头节点所占的比率，以此来确定算法中的成簇概率因子。为确保各个簇头相对均衡地分布在环型区域内，采取候选簇头竞争和调整因子机制。为缓解内层网络的“能量空洞”，模型采取不同环型层次不同成簇半径的异构簇方式来实现；利用成簇概率模型计算网络中节点的成簇概率Tk,j(s),来实现选取候选簇头；具体阐述了成簇算法的执行过程；提出了簇头轮换机制，分为簇头节点发起的簇头轮换过程和非簇头节点发起的簇头轮换过程；具体包括：1)网络模型设计基于能量均衡的RPL路由协议分簇算法所使用的网络模型为等面积同心圆环。在该模型中，我们将通过假设各个环型区域内能量消耗基本相等准则和数学公式来推导出各个环型区域中簇头节点所占的比率，以此来确定算法中的成簇概率因子。为确保各个簇头相对均衡地分布在环型区域内，我们采取候选簇头竞争和调整因子机制。为缓解内层网络的“能量空洞”，模型采取不同环型层次不同成簇半径的异构簇方式来实现；2)成簇概率模型在低功耗易损无线传感器网络中，链路相对不稳定，而节点位置比较固定，所以在网络运行时期我们只在网络组建过程中进行一次成簇。在簇头轮换时，我们采用基于事件的簇头轮换机制。因此在成簇概率模型中，我们没有引入成簇轮数参数，假定节点初始能量相同，即节点为能量同构的。引入节点成簇概率阈值Tk,j(s)来实现选取候选簇头节点；3)成簇算法执行过程在描述成簇算法之前，我们先定义如下数据结构：全局配置信息I：I＝{S,N,C}；其中S为网络覆盖总面积；N为网络中的节点总数；C为网络的总环数；DIO_CLUSER数据包：数据包中包含网络全局配置信息I、所属的层域k、各环域的成簇概率阈值T(k)、最优簇头数Ch(k)；DIO_CCH数据包：候选簇头数据包；数据包中将包含候选簇头节点的地址信息Addr、剩余能量E、所属层域k、距离簇头节点距离dhead；DAO_CH数据包：数据包中封装节点地址信息；DIO_CH数据包：簇头通告数据包；数据包中包含簇头所属的层域k，地址信息；4)簇头轮换机制由于簇头节点担任着本簇内的报文转发和由簇头组成的骨干网之间的报文转发，所以簇头节点消耗的能量远大于普通节点消耗的能量。若不提供簇头轮换机制，网络极易造成“能量空洞”，从而导致网络局部甚至整体瘫痪。而对于低功耗有损网络来说，若采取常规定期更换簇头机制，将导致大量控制报文传播，对数据报文的传输造成干扰，降低网络吞吐量；并且簇头节点的轮换会导致骨干网络的全局修复，消耗大量能量。针对低功耗有损网络特点，本章提出基于事件的簇头轮换机制；触发簇头轮换的事件：(1)簇头节点能量减少到设定能量阈值；(2)簇头节点意外失联，非簇头节点发起簇头竞选；从触发簇头轮换的事件中可以看出，簇头轮换将因发起者不同而有两种不同的机制：簇头发起的和非簇头节点发起的。