基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法技术

本发明专利技术提供一种基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法,包括初始化网络节点，确定每个网络节点的位置分布并进行能量初始化；将网络区域分成多个簇，每个簇包含一个簇首节点，簇内其余节点为成员节点，以循环选举方式选出每个簇的簇首节点；在一轮簇首节点选完后，非簇首节点选择距离最近的簇首节点，加入其所在的簇，成为该簇的成员节点；每个网络节点以簇为单位进行稳定数据传输。本发明专利技术提供的基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法可以提升网络能量利用率，延长网络的稳定生命周期，解决微功率无线传感器网络能量有效性问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法,可有效解决微功率无线传感器网络能量有效性问题。
技术介绍
为了适应智能电网的发展趋势，该领域中各种采集系统必须能够做到主动收集、有效的共享以及实时监视用电信息。将来的电网发展不只是受限在用电信息的收集，信息共享、采购电能及销售等方面，势必将向智能化方向靠拢。通信方案的选择和应用是系统智能化建设中的重难点，甚至是成功与否的关键。选择一种安全稳定的方法来进行通信以确保系统的稳定高效的运作。如今微功率无线被广泛应用于智能电网的各种采集系统中。微功率无线技术逐渐展示了自身未来发展的无限可能，且日趋完善。其通信效果较好，无线信道较为稳定，不会受到线路噪声和其他负载的影响，成为目前一种的新兴的采集系统通信解决方案，预计未来将在电力通信领域获得更加大范围的应用。微功率无线传感器网络节点由于一般使用电池供电且补充能量较为不便，因此节点能量是有限的。为了得到更长的网络稳定生命周期，就必须进行节能，一般有两种方式：一种是传感器节点要尽量简化设计，去掉对主要任务没有实质性作用的冗余功能，以此减少不必要的能量消耗，提高能量利用率。另外一种是研究出一种有效的路由方法，在硬件资源不变的条件下，可以动态调整网络结构，合理分配能量，延长网络生命周期。微功率无线传感器网络的特性也与传统网络有很大区别，必须根据网络的自身特征来设计可靠的、高效的解决方法。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术专利目的在于设计了一种基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法,可以提升网络能量利用率，延长网络的稳定生命周期，解决微功率无线传感器网络能量有效性问题。本专利技术提出的基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法，考虑节点剩余能量和平均能量对簇首选举机制的影响，通过节点剩余能量与平均能量的对比将节点分为两种能量差异节点，剩余能量高于平均能量的节点为能量较高节点，反之为能量较低节点，从能量较高节点中选择合适的簇首节点，该方法显著提升了网络性能本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法，包括如下步骤：步骤S1：初始化网络节点，确定每个网络节点的位置分布并进行能量初始化；步骤S2：将网络区域分成多个簇，每个簇包含一个簇首节点，簇内其余节点为成员节点，以循环选举方式选出每个簇的簇首节点；步骤S3：在一轮簇首节点选完后，非簇首节点选择距离最近的簇首节点，加入其所在的簇，成为该簇的成员节点；步骤S4：每个网络节点以簇为单位进行稳定数据传输；如果网络中还有存活网络节点则转到步骤S2，进入下一轮的簇首节点选举阶段。进一步，本专利技术所述以循环选举方式选出每个簇的簇首节点进一步包括：步骤S201：计算每个网络节点的当前剩余能量和所有存活网络节点的平均能量；步骤S202：比较某个网络节点的当前剩余能量和所有存活网络节点的平均能量，若该网络节点的当前剩余能量大于所有存活网络节点的平均能量，则设置该网络节点为候选簇首节点；反之则设置为非簇首节点；步骤S203：给所述候选簇首节点分配一个随机值，然后与簇首选举阈值比较，如果该随机值小于簇首选举阈值则该网络节点成为簇首；反之则该网络节点成为非簇首节点，接着转到步骤S202继续判断其他节点。进一步，本专利技术将网络区域分成多个簇，每个簇包含一个簇首节点，簇内其余节点为成员节点，簇首节点收集成员节点的采集信息进行融合处理，然后把经过处理的数据发送给汇聚节点，成员节点与簇首节点采用选择单跳或多跳模式进行通信。进一步，本专利技术所述以循环选举方式选出每个簇的簇首节点进一步包括：为所述每个候选簇首节点分配一个0～1之间的随机数；利用如下公式计算一个新的簇首选举阈值，若随机数小于该簇首选举阈值，该网络节点成为簇首节点，否则该网络节点成为非簇首节点； T i ′ ( r ) = P 1 - P · ( r mod 1 P ) · λ i f E i ( r ) > E ( r ) ‾ a n d i ∈ G 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：初始化网络节点，确定每个网络节点的位置分布并进行能量初始化；步骤S2：将网络区域分成多个簇，每个簇包含一个簇首节点，簇内其余节点为成员节点，以循环选举方式选出每个簇的簇首节点；步骤S3：在一轮簇首节点选完后，非簇首节点选择距离最近的簇首节点，加入其所在的簇，成为该簇的成员节点；步骤S4：每个网络节点以簇为单位进行稳定数据传输；如果网络中还有存活网络节点则转到步骤S2，进入下一轮的簇首节点选举阶段。

【技术特征摘要】
1.基于能量差异的微功率无线传感器网络分簇路由方法，其特
征在于，包括如下步骤：
步骤S1：初始化网络节点，确定每个网络节点的位置分布并进
行能量初始化；
步骤S2：将网络区域分成多个簇，每个簇包含一个簇首节点，
簇内其余节点为成员节点，以循环选举方式选出每个簇的簇首节点；
步骤S3：在一轮簇首节点选完后，非簇首节点选择距离最近的
簇首节点，加入其所在的簇，成为该簇的成员节点；
步骤S4：每个网络节点以簇为单位进行稳定数据传输；如果网
络中还有存活网络节点则转到步骤S2，进入下一轮的簇首节点选举
阶段。
2.根据权利要求1所述的基于能量差异的微功率无线传感器网
络分簇路由方法，其特征在于，所述以循环选举方式选出每个簇的
簇首节点进一步包括：
步骤S201：计算每个网络节点的当前剩余能量和所有存活网络
节点的平均能量；
步骤S202：比较某个网络节点的当前剩余能量和所有存活网络
节点的平均能量，若该网络节点的当前剩余能量大于所有存活网络
节点的平均能量，则设置该网络节点为候选簇首节点；反之则设置
为非簇首节点；
步骤S203：给所述候选簇首节点分配一个随机值，然后与簇首
选举阈值比较，如果该随机值小于簇首选举阈值则该网络节点成为

\t簇首；反之则该网络节点成为非簇首节点，接着转到步骤S202继
续判断其他节点。
3.根据权利要求1所述的基于能量差异的微功率无线传感器网
络分簇路由方法，其特征在于，将网络区域分成多个簇，每个簇
包含一个簇首节点，簇内其余节点为成员节点，簇首节点收集成
员节点的采集信息进行融合处理，然后把经过处理的数据发送给
汇聚节点，成员节点与簇首节点采用选择单跳或多跳模式进行通
信。
4.根据权利要求2所述的基于能量差异的微功率无线传感器网
络分簇路由方法，其特征在于，所述以循环选举方式选出每个簇的
簇首节点进一步包括：
为所述每个候选簇首节点分配一个0～1之间的随机数；
利用如下公式计算一个新的簇首选举阈值，若随机数小于该簇首
选举阈值，该网络节点成为簇首节点，否则该网络节点成为非簇首节
点；
T i ′ ( r ) = P 1 - P · ( r mod 1 P ) · λ i f E i ( r ) > E ( r ) ‾ a n d i ∈ G 0 o t h e r w i s e ; ]]>其中，P是一个网络节点为簇首节点的最优概率，r是当前所处
于的轮数，G是1/P的轮选举周期中还未当选过簇首的那些节点的集
合。
5.根据权利要求1所述的基于能量差异的微功率无线传感器网
络分簇路由方法，其特征在于，每轮的网络稳定传输阶段的节点能

\t量消耗的计算方法为：
采用通用的传感器节点能量消耗模型，网络中所有节点与汇聚节
点的距离都小于d0，节点发送Lbit数据消耗的能量：
E T x ( L , d ) = L · E e l e c + L · ϵ f s · d 2 i f d ≤ d 0 L · E e l ...

【专利技术属性】
技术研发人员：林大朋，臧志斌，史兵，武占侠，程钟源，熊珍珠，张月保，
申请(专利权)人：深圳市国电科技通信有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：广东;44