保证节点能耗均衡的路由方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种保证节点能耗均衡的路由方法及装置。所述方法的一具体实施方式包括：构建初始Mesh网络；分别计算单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式下所述初始Mesh网络的生命周期，并基于所述计算结果，从上述通信模式中选择适用于所述初始Mesh网络的最优通信模式；基于所选择的最优通信模式，计算使所述初始Mesh网络达到能耗均衡时各所述簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量；为各所述簇头节点所在位置处配置所计算得到的相应数量的冗余簇头节点，得到节点能耗均衡的Mesh网络；在每个所述簇头节点所在位置处，将剩余能量最大的簇头节点作为活动簇头节点，来承担所述节点能耗均衡的Mesh网络的路由业务。本实施方式能够延长网络生命周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种保证节点能耗均衡的路由方法及 装置。
技术介绍
在无线传感器网络中，节点能量均衡性是一个重要的研究课题。现有的协议如 LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy、低功耗自适应集簇分层型协议）等 都存在"漏斗"效应，即越靠近Sink处的簇头节点，其数据转发任务也越严重，这些簇头节 点也会越早死亡，而簇头节点的能耗不均衡直接影响网络的生命周期。 现有技术中，针对线形部署的无线传感器网络，提出一种节点能耗均衡的协议，以 解决线形无线传感器网络"漏斗"效应。通过合理配置冗余簇头，可有效地均衡每个簇头节 点的能耗，延长网络生命周期。然而，线形部署只能适用于网络拓扑呈线状的应用环境，如 高速公路、海岸堤坝等。而现实中的监控环境通常呈平面型，即二维空间环境，上述方法不 能解决平面型无线传感网络的"漏斗"效应。因此，需要一种适用于平面型无线传感网络的 保证节点能耗均衡的路由方法。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种保证节点能耗均衡的路由方法及装置，以实现 平面型无线传感网络的能耗均衡，延长网络的生命周期。具体技术方案如下： 第一方面，本专利技术提供了一种保证节点能耗均衡的路由方法，应用于服务器，所述 方法包括： 构建初始Mesh网络，所述初始Mesh网络为分层结构，包括以下三类节点：多个普 通节点、多个簇头节点和一个Sink节点，所述多个普通节点均勾分布在整个所述初始Mesh 网络中，各所述簇头节点均分布在所述Mesh网络中预定位置处，所述Sink节点位于所述 Mesh网络的不同于普通节点和簇头节点的任一位置处，所述Mesh网络为无线网格网络，所 述Sink节点为网关节点； 分别计算单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式下所述初始Mesh网络的 生命周期，并基于所述计算结果，从所述单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式中选 择适用于所述初始Mesh网络的最优通信模式； 基于所选择的最优通信模式，计算使所述初始Mesh网络达到能耗均衡时各所述 簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量； 为各所述簇头节点所在位置处配置所计算得到的相应数量的冗余簇头节点，得到 节点能耗均衡的Mesh网络； 在每个所述簇头节点所在位置处，将剩余能量最大的簇头节点作为活动簇头节 点，来承担所述节点能耗均衡的Mesh网络的路由业务。 进一步地，所述分别计算单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式下所述初 始Mesh网络的生命周期，并基于所述计算结果，从所述单跳通信模式、多跳通信模式和混 合通信模式中选择适用于所述初始Mesh网络的最优通信模式包括： 分别针对单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式，根据各所述簇头节点中 能量消耗最大的簇头节点消耗的能量，计算各通信模式下所述初始Mesh网络的生命周期； 从所述单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式中，将所述生命周期最大时 对应的通信模式确定为所述初始Mesh网络的最优通信模式。 进一步地，所述基于所选择的最优通信模式，计算使所述初始Mesh网络达到能耗 均衡时各所述簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量包括： 根据所述最优通信模式，计算所述初始Mesh网络中各所述簇头节点所在位置处 负责转发的其它位置处的处于工作状态的簇头节点的数量； 确定各所述簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量为该簇头节点所在位置 处负责转发的其它位置处的处于工作状态的簇头节点数量。 进一步地，利用以下公式计算所述初始Mesh网络中各所述簇头节点所在位置处 负责转发的其它位置处的处于工作状态的簇头节点的数量： 其中，所述（ir，jr)为任一簇头节点所在位置坐标，所述r为所述初始Mesh网络 中相邻簇头节点之间的单位距离，所述Nrt(ir，jr)为该位置处的簇头节点负责转发的其它 位置处的处于工作状态的簇头节点的数量，所述N为所述初始Mesh网络的网络规模。 进一步地，所述方法还包括： 在每个所述簇头节点所在位置处，根据剩余能量对该位置处的簇头节点进行周期 性轮换，每次均由剩余能量最大的簇头节点作为活动簇头节点。 第二方面，本专利技术提供了一种保证节点能耗均衡的路由装置，应用于服务器，所述 装置包括： 构建模块，用于构建初始Mesh网络，所述初始Mesh网络为分层结构，包括以下三 类节点：多个普通节点、多个簇头节点和一个Sink节点，所述多个普通节点均匀分布在整 个所述初始Mesh网络中，各所述簇头节点均分布在所述Mesh网络中预定位置处，所述Sink 节点位于所述Mesh网络的不同于普通节点和簇头节点的任一位置处，所述Mesh网络为无 线网格网络，所述Sink节点为网关节点； 选择模块，用于分别计算单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式下所述初 始Mesh网络的生命周期，并基于所述计算结果，从所述单跳通信模式、多跳通信模式和混 合通信模式中选择适用于所述初始Mesh网络的最优通信模式； 计算模块，用于基于所选择的最优通信模式，计算使所述初始Mesh网络达到能耗 均衡时各所述簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量； 配置模块，用于为各所述簇头节点所在位置处配置所计算得到的相应数量的冗余 簇头节点，得到节点能耗均衡的Mesh网络； 执行模块，用于在每个所述簇头节点所在位置处，将剩余能量最大的簇头节点作 为活动簇头节点，来承担所述节点能耗均衡的Mesh网络的路由业务。 进一步地，所述选择模块包括： 计算子模块，用于分别针对单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式，根据各 所述簇头节点中能量消耗最大的簇头节点消耗的能量，计算各通信模式下所述初始Mesh 网络的生命周期； 确定子模块，用于从所述单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式中，将所述 生命周期最大时对应的通信模式确定为所述初始Mesh网络的最优通信模式。 进一步地，所述计算模块包括： 计算子模块，用于根据所述最优通信模式，计算所述初始Mesh网络中各所述簇头 节点所在位置处负责转发的其它位置处的处于工作状态的簇头节点的数量； 确定子模块，用于确定各所述簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量为该簇 头节点所在位置处负责转发的其它位置处的处于工作状态的簇头节点数量。 进一步地，所述计算子模块用于利用以下公式计算所述初始Mesh网络中各所述 簇头节点所在位置处负责转发的其它位置处的处于工作状态的簇头节点的数量： 其中，所述（ir,jr)为任一簇头节点所在位置坐标，所述r为所述初始Mesh网络 中相邻簇头节点之间的单位距离，所述Nrt(ir，jr)为该位置处的簇头节点负责转发的其它 位置处的处于工作状态的簇头节点的数量，所述N为所述初始Mesh网络的网络规模。 进一步地，所述装置还包括： 轮换模块，用于在每个所述簇头节点所在位置处，根据剩余能量对该位置处的簇 头节点进行周期性轮换，每次均由剩余能量最大的簇头节点作为活动簇头节点。 本专利技术实施例提供的保证节点能耗均衡的路由方法及装置，通过在Mesh网络的 各簇头节点所在位置处配置一定数量的冗余簇头节点，得到节点能耗均衡的Mesh网络，在 节点能耗均衡的Mesh网络中每个簇头节点所在位置处均将剩余能量最大的簇头节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保证节点能耗均衡的路由方法，其特征在于，应用于服务器，所述方法包括：构建初始Mesh网络，所述初始Mesh网络为分层结构，包括以下三类节点：多个普通节点、多个簇头节点和一个Sink节点，所述多个普通节点均匀分布在整个所述初始Mesh网络中，各所述簇头节点均分布在所述Mesh网络中预定位置处，所述Sink节点位于所述Mesh网络的不同于普通节点和簇头节点的任一位置处，所述Mesh网络为无线网格网络，所述Sink节点为网关节点；分别计算单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式下所述初始Mesh网络的生命周期，并基于所述计算结果，从所述单跳通信模式、多跳通信模式和混合通信模式中选择适用于所述初始Mesh网络的最优通信模式；基于所选择的最优通信模式，计算使所述初始Mesh网络达到能耗均衡时各所述簇头节点所在位置处的冗余簇头节点的数量；为各所述簇头节点所在位置处配置所计算得到的相应数量的冗余簇头节点，得到节点能耗均衡的Mesh网络；在每个所述簇头节点所在位置处，将剩余能量最大的簇头节点作为活动簇头节点，来承担所述节点能耗均衡的Mesh网络的路由业务。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘运成，郭歌，徐梅，
申请(专利权)人：刘运成，郭歌，徐梅，
类型：发明
国别省市：北京;11