基于区域划分的分层链树路由方法技术

本发明专利技术涉及一种基于区域划分的分层链树路由方法，包括：步骤1，将无线传器感网络划分为多个区域；步骤2，使每个所述区域单独成簇，并按照PEGASIS协议将所述簇内的节点通过遗传算法在相应的每个所述区域内形成第一链路；步骤3，按照能量最大化原则，在每个所述簇内选取簇头；步骤4，按照PEGASIS协议将所述簇头与Sink节点之间的通信链路通过遗传算法形成第二链路；步骤5，将所述第二链路改造成以Sink节点为中心的分层链树；步骤6，使节点数据沿着所述分层链树并通过数据融合传递给Sink节点，经过预定的通信时间后，跳转执行步骤1。本发明专利技术有效降低了LEACH算法中节点之间采用单跳方式导致的长距离通信所产生的能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线路由
，特别是涉及一种基于区域划分的分层链树路由方法。
技术介绍
无线传感器网络是一种特殊的无线通信，它是有许多节点通过无线自组织网络的方式构成的，由于传感器节点的电源能量、计算能力和通信能力非常有限，所以必须有一个好的路由协议以尽量延长网络的生存时间和网络性能。LEACH协议是一种层次路由算法。普通节点为了避免距离过长而选择通过簇头作为转接来就行通信，有效的减少了普通节点的能量消耗大大提高了网络的稳定时间，延长了传感器网络的生存时间。但是LEACH协议存在着以下缺点，具体如下：LEACH的簇头选举是采用随机选举的方式，簇头的分布不均匀，导致部分区域的节点与簇头的通信距离很大，增加了部分节点的通信耗能。簇头采用单跳的方式直接和基站通信，不论两者之间的距离远近，当网络规模很大的时候，通信的范围也很广，从而导致簇头消耗过多的能量导致节点过早死亡。簇内节点和簇头的通信也是采用单跳的方式通信，当网络规模很大的时候，增加了簇头的能量负担同时也增加了节点的通信能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于区域划分的分层链树路由方法，以解决现有技术中LEACH算法中节点之间采用单跳方式导致的长距离通信能耗高的问题。为解决上述技术问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种基于区域划分的分层链树路由方法，其特征在于，包括：步骤1，将无线传器感网络划分为多个区域；步骤2，使每个所述区域单独成簇，并按照PEGASIS协议将所述簇内的节点通过遗传算法在相应的每个所述区域内形成第一链路；步骤3，按照能量最大化原则，在每个所述簇内选取簇头；步骤4，按照PEGASIS协议将所述簇头与Sink节点之间的通信链路通过遗传算法形成第二链路；步骤5，将所述第二链路改造成以Sink节点为中心的分层链树；步骤6，使节点数据沿着所述分层链树并通过数据融合传递给Sink节点，经过预定的通信时间后，跳转执行步骤1。进一步地，所述步骤1中的所述无线传感器网络为正方形，所述正方形的无线传器感网络划分为16个所述区域。进一步地，所述正方形的无线传器感网络划分为16个所述区域包括：将所述正方形沿其对角线和中位线划分为八个区域；在所述正方形内划出一个同心的内部正方形；所述内部正方形将所述八个区域划分为16个区域。进一步地，所述步骤1还包括：通过调节所述内部正方形的边长改变簇头的负载平衡因子。进一步地，所述负载平衡因子LBF根据下式计算：[LBF]=[head_num]Σi=1head_num(xi-u)2]]>其中，head_num为簇头的个数，xi为第i个簇包含的节点个数，u为本轮簇平均包含的节点个数。进一步地，在所述步骤2中，只有当所述第一链路内的任何一个节点死亡后才重新构造新的第一链路。进一步地，在所述步骤2或5中的所述遗传算法的适应度函数fit为：fit＝(1-(len-minlen)/(maxlen-minlen+0.001)))2其中，len代表按当前序列形成链路的总长度，minlen代表这一代种群所有链路的长度最短的链路长度，maxlen代表这一代种群所有链路中长度最长的链路的长度。进一步地，在所述步骤5中，在所述第二链路上，按照所述第二链路的顺序依次对簇头与簇头之间、以及簇头与Sink节点之间这两种通信方式的能耗进行分析，如果簇头与上级簇头通信的能耗小于簇头直接与Sink节点的通信的耗能，则该簇头维持原始通信路由；反之，则该簇头与Sink直接通信，从而降低消耗能量。由于本专利技术在各区域中选取能量最大的节点当选簇头，避免了LEACH协议中由于随机选择簇头而导致整个网络的能量不均衡。进一步地，通过建立簇内节点和簇头，簇头和Sink的多跳通信链路的方式，有效降低了LEACH算法中节点之间采用单跳方式导致的长距离通信所产生的能耗。附图说明图1是网络区域划分图；图2是各簇成链拓扑图；图3是簇头成链拓扑图；图4是簇头成链改造后的拓扑图；图5是网络的生命周期对比；图6是网络节点剩余能量；图7是簇头个数对比图。具体实施方式以下对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。基于
技术介绍
中的描述，为了改善LEACH算法存在的上述不足，本专利技术提出了基于区域划分的分层链树的路由方法。本专利技术把无线传感器网络分成若干区域，在各个区域中通过遗传算法形成一条最优的第一链路，并按照剩余能量最大的原则在链路上选取簇头，并在簇头和Sink节点（基站）之间在形成第二链路。然后，考虑通信耗能对第二链路的前提下对第二链路进行改造，从而构建整个分层链树。请参考图1至图4，本专利技术提供了一种基于区域划分的分层链树路由方法，包括：步骤1，请参考图1，将无线传器感网络划分为多个区域。步骤2，请参考图2，使每个所述区域单独成簇，并按照PEGASIS协议将所述簇内的节点通过遗传算法在相应的每个所述区域内形成第一链路。在图2中，○代表普通节点，＋代表高级节点，﹡代表簇头，区域中心坐标原点代表Sink。步骤3，请参考图2，按照能量最大化原则，在每个所述簇内选取簇头。具体地说，记录下节点的剩余能量，在每个簇内链路上按照剩余能量最大的原则选取簇头。步骤4，请参考图3，按照PEGASIS协议将所述簇头与Sink节点之间的通信链路通过遗传算法形成第二链路。例如，可以采用与步骤2中相同的遗传算法。步骤5，请参考图4，将所述第二链路改造成以Sink节点为中心的分层链树。特别地，改造的原则是降低能量消耗。优选地，分层链树为树簇式多跳通信链路。步骤6，使节点数据沿着所述分层链树并通过数据融合传递给Sink节点，经过预定的通信时间后，跳转执行步骤1，从而进入新的一轮。特别地，节点数据按照形成的分层链树路由将数据沿着链树经过数据融合通过簇头最后传送给Sink，经过一段时间通信，网络进入新的一轮。由于本专利技术在各区域中选取能量最大的节点当选簇头，避免了LEACH协议中由于随机选择簇头而导致整个网络的能量不均衡。进一步地，通过建立簇内节点和簇头，簇头和Sink的多跳通信链路的方式，有效降低了LEACH算法中节点之间采用单跳方式导致的长距离通信所产生的能耗。在区域划分的基础上，每个区域单独成簇，通过按照PEGASIS成链的思想，采用遗传算法将在各区域中的节点形成第一链路，选取能量最大的节点当选簇头，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于区域划分的分层链树路由方法，其特征在于，包括：步骤1，将无线传器感网络划分为多个区域；步骤2，使每个所述区域单独成簇，并按照PEGASIS协议将所述簇内的节点通过遗传算法在相应的每个所述区域内形成第一链路；步骤3，按照能量最大化原则，在每个所述簇内选取簇头；步骤4，按照PEGASIS协议将所述簇头与Sink节点之间的通信链路通过遗传算法形成第二链路；步骤5，将所述第二链路改造成以Sink节点为中心的分层链树；步骤6，使节点数据沿着所述分层链树并通过数据融合传递给Sink节点，经过预定的通信时间后，跳转执行步骤1。

【技术特征摘要】
1.一种基于区域划分的分层链树路由方法，其特征在于，包括：
步骤1，将无线传器感网络划分为多个区域；
步骤2，使每个所述区域单独成簇，并按照PEGASIS协议将所述簇内的
节点通过遗传算法在相应的每个所述区域内形成第一链路；
步骤3，按照能量最大化原则，在每个所述簇内选取簇头；
步骤4，按照PEGASIS协议将所述簇头与Sink节点之间的通信链路通
过遗传算法形成第二链路；
步骤5，将所述第二链路改造成以Sink节点为中心的分层链树；
步骤6，使节点数据沿着所述分层链树并通过数据融合传递给Sink节点，
经过预定的通信时间后，跳转执行步骤1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的所述无线传感
器网络为正方形，所述正方形的无线传器感网络划分为16个所述区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正方形的无线传器感网络
划分为16个所述区域包括：
将所述正方形沿其对角线和中位线划分为八个区域；
在所述正方形内划出一个同心的内部正方形；
所述内部正方形将所述八个区域划分为16个区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1还包括：通过调节
所述内部正方形的边长改变簇头的负载平衡因子。
5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：向满天，周晓明，廖莎，龙承志，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：