基于能量逼近的无线传感网路由方法技术

本发明专利技术提出了一种基于能量逼近的无线传感网路由方法。其中，所述方法包括：首先，利用已知基站作为坐标原点建立直角坐标系，其它所有节点确立自己的位置信息，计算与基站的距离和剩余能量，所有节点的覆盖距离均为。然后，每个节点感知周围邻居节点的情况，根据自身剩余能量和临界点的密集程度计算成为簇首的概率，并将此概率值传送至基站。基站根据预先设定的阈值选出 个簇首，组成簇首群。最后，基站根据距离逼近的思想选出最终簇首，以完成整个基站覆盖区域内的任意节点之间的信息传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络路由算法，具体涉及一种基于能量逼近的无线传感网路由方法。
技术介绍
无线传感网是由部署在检测区域内的大量微型传感器节点组成的一个自组织网络系统。节点首先感知、采集和处理被检测对象的信息，然后通过单跳或者多跳的方式将信息传递给基站。无线传感网在军事、工业、环境等领域有巨大的应用价值。传感器节点通常携带的电池能量十分有限，因此，如何高效的使用能量来最大化网络的生命周期是传感器网络很重要的一部分。近几年来，无线传感网的能效优化一直是该领域研究的热点。路由协议是无线传感网的核心技术之一。根据网络中各个节点的地位和功能是否相同，路由协议可以分成平面路由协议和分层次路由协议。与平面路由协议相对应，分层路由协议能够更好的节省网络的能量和延长网络的生命周期。将节点分成高低层次，高层次的节点负责收集附近低层次节点的信息，然后将信息传递给基站。传统的经典无线传感器网络路由算法存在很多不足的地方。比如簇首的选取极其不合理，使得远距离汇聚节点的簇头可能由于长距离发送数据而过早耗尽自身能量，既不节省能量，又造成了网络分割。而且，一般的算法并没有考虑到簇头节点当前的能量状况，如果能量很低的节点当选为簇首，那么将会加速该节点的死亡，从而影响整个网络的生命周期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于能量逼近的无线传感网路由方法。该方法除了可以有效地节省网络的剩余能量和延长网络的生命周期外，更降低了算法复杂度、优化了信息传输路径等。本专利技术提出了一种基于能量逼近的无线传感网路由方法。其中，所述方法包括：首先，利用已知基站作为坐标原点建立直角坐标系，其它所有节点确立自己的位置信息，计算与基站的距离和剩余能量，所有节点的覆盖距离均为r。然后，每个节点感知周围邻居节点的情况，根据自身剩余能量和临界点的密集程度计算成为簇首的概率，并将此概率值传送至基站。基站根据预先设定的阈值选出个簇首，组成簇首群。最后，基站根据距离逼近的思想选出最终簇首，以完成整个基站覆盖区域内的任意节点之间的信息传输。具体步骤如下：1)以已知基站位置为坐标原点建立直角坐标系；2)其他所有节点计算出自身位置、剩余能量和存活邻居节点个数；3)综合考虑节点的剩余能量和邻居节点个数，计算出每个节点当选簇首的概率值，并将此概率值传送至基站；4)基站通过预先设定的阈值选出个簇首，组成簇首群；5)根据距离逼近的思想，构建约束条件，从簇首群中选取出符合条件的簇首，并将簇首信息传送给基站；6)簇首广播信息，普通节点接收信息，选择合适的簇首加入并通知簇首；7)簇首根据收到加入簇的节点个数，给本簇的节点安排时隙；8)数据由远到近进行多跳传输；9)重复步骤2至步骤8，直至所有节点能量耗尽。上述步骤1中，以已知基站为坐标原点，坐标为建立直角坐标系。其中要求：节点随机地分布在固定区域，一旦分布位置都不可变动。其它所有节点确立自己的位置信息，并计算与基站的距离和剩余能量，所有节点的覆盖距离均为r，基站的网络范围为R，其中。上述步骤2中，节点计算自身邻居存活邻居节点个数。即每个节点计算出自身覆盖范围r内的存活节点个数，来反应节点的密集程度。上述步骤3中，通过步骤1、2中确定下来的所有存活节点的剩余能量及邻居节点个数，利用存活节点的剩余能量和密集程度来计算各个节点当选簇首的概率值，该概率值为：其中，为比例系数，是当前节点的能量值，是所有节点能量的平均值，是当期节点的密集程度，是当前网络的存活节点个数；通过此公式，可得出所有节点成为簇首的概率值，即能量高并且密集程度高的节点成为簇首的概率越大。这里，每个节点需将此概率值传送至基站，从而进行下一步骤的操作。上述步骤4中，基站需预先设定一个阈值。这里阈值取为基站网络范围R内总节点个数N的。即选取步骤3中概率值由大至小排序前的节点作为簇首群。这里，，用户可根据需要自行设定其值大小。上述步骤5中，具体过程是：首先从簇首群中任意确定一初始簇首，然后参照构建的约束条件逐步择取后续的最优簇首。这里，假定最终所确定的各簇首的坐标为，那么其坐标应满足约束条件：上述步骤6中，在选择出簇首节点以后，簇首向自己所在的区域进行广播，普通节点接收到此区域的簇首广播信息以后选择合适的簇首加入，向簇首发送加入信息，同时簇首接收普通节点发过来的加入信息。至此，分簇完成。上述步骤7中，在分簇完成以后，簇首为所在簇的普通节点制定时隙时间表，普通节点在自己所在时隙里将数据传递给簇首。上述步骤8中，每个簇首接收簇内普通节点的信息，然后进行信息融合。信息传递采用多跳的模型，即由距已知基站远距离的簇首将信息传递给距基站近距离的簇首，实现信息流逐步距离逼近，最后传递给基站。上述步骤9中，完成了一轮的数据传输之后，重复步骤2至步骤8，直至所有节点的能量耗尽。本专利技术技术方案的优点：本专利技术方法跳过了一般路由算法对节点初始区域分配的步骤，采用直接优先选择最优簇首的方法，大大降低了路由算法的复杂度，并提升了网络系统的运行效率。同时，以已知基站为坐标原点建立直角坐标系，使得复杂路由协议扁平二维化及精准化。另外，结合节点的能量和密集程度来决定节点成为簇首的概率值，提升了优秀节点成为簇首的概率。并且，精准构建坐标约束条件删选簇首及距离逼近思想的运用，使得路由算法更加优化、信息传输路径更加合理。最后并采用了多跳模式来减少信息传递消耗的能量，延长了网络的生命周期。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本专利技术，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本专利技术限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本专利技术的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。本专利技术的其它优点、目的和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目的和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为本专利技术的整个网络信息传递的结构示意图。图2为网络分簇过程的流程图。图3为存活节点与轮数关系的仿真结果。图4为网络的剩余能量仿真结果。具体实施例下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细描述。图1为本专利技术的整个网络信息传递的结构示意图。首先，利用已知基站作为坐标原点建立直角坐标系，其它所有节点确立自己的位置信息，计算与基站的距离和剩余能量，所有节点的覆盖距离均为r。然后，每个节点感知周围邻居节点的情况，根据自身剩余能量和临界点的密集程度计算成为簇首的概率，并将此概率值传送至基站。基站根据预先设定的阈值选出个簇首，组成簇首群。最后，基站根据距离逼近的思想选出最终簇首，以完成整个基站覆盖区域内的任意节点之间的信息传输，图2为网络分簇过程的流程图。最后，信息通过由远到近的多跳方式进行传输。图1示出了本专利技术方法的整个网络信息传递的结构示意图。其中具体的步骤分为以下三个阶段。1、标定阶段以已知基站为坐标原点，坐标为，建立直角坐标系。其中要求：节点随机地分布在固定区域，一旦分布位置都不可变动。(a)其它所有节点需确立自己的位置信息，并计算与基站的距离和剩余能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能量逼近的无线传感网路由方法，其特征在于以下步骤：（1）以已知基站位置为坐标原点建立直角坐标系；（2）其他所有节点计算出自身位置、剩余能量和存活邻居节点个数；（3）综合考虑节点的剩余能量和邻居节点个数，计算出每个节点当选簇首的概率值，并将此概率值传送至基站；（4）基站通过预先设定的阈值选出个簇首，组成簇首群；（5）根据距离逼近的思想，构建约束条件，从簇首群中选取出符合条件的簇首，并将簇首信息传送给基站；（6）簇首广播信息，普通节点接收信息，选择合适的簇首加入并通知簇首；簇首根据收到加入簇的节点个数，给本簇的节点安排时隙；（8）数据由远到近进行多跳传输；（9）重复步骤2至步骤8，直至所有节点能量耗尽。

【技术特征摘要】
1.一种基于能量逼近的无线传感网路由方法，其特征在于以下步骤：（1）以已知基站位置为坐标原点建立直角坐标系；（2）其他所有节点计算出自身位置、剩余能量和存活邻居节点个数；（3）综合考虑节点的剩余能量和邻居节点个数，计算出每个节点当选簇首的概率值，并将此概率值传送至基站；（4）基站通过预先设定的阈值选出个簇首，组成簇首群；（5）根据距离逼近的思想，构建约束条件，从簇首群中选取出符合条件的簇首，并将簇首信息传送给基站；（6）簇首广播信息，普通节点接收信息，选择合适的簇首加入并通知簇首；簇首根据收到加入簇的节点个数，给本簇的节点安排时隙；（8）数据由远到近进行多跳传输；（9）重复步骤2至步骤8，直至所有节点能量耗尽。2.根据权利要求1所述的无线传感网路由方法，其中所述步骤1中，以已知基站为坐标原点，坐标为，建立直角坐标系；其中要求节点随机地分布在固定区域，一旦分布位置都不可变动；其它所有节点确立自己的位置信息，并计算与基站的距离和剩余能量，所有节点的覆盖距离均为r，基站的网络范围为，其中。3.根据权利要求1所述的无线传感网路由方法，其中所述步骤2中，节点计算自身邻居存活邻居节点个数的步骤是：每个节点计算出自身覆盖范围r内的存活节点个数，来反应节点的密集程度。4.根据权利要求1所述的无线传感网路由方法，其中所述步骤3中，通过步骤1、2中确定下来的所有存活节点的剩余能量及邻居节点个数，利用存活节点的剩余能量和密集程度来计算各个节点当选簇首的概率值，该概率值为：其中，为比例系数，是当前节点的能量值，是所有节点能量的平均值，是当期节点的密集程度，是当前网络的存活节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张月霞，高天润，陈行，王加庆，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11