无线传感器网络的路由方法技术

本发明专利技术提供一种无线传感器网络的路由方法，所述无线传感器网络包括多个传感器节点以及一个基站，该方法包括：对所述无线传感器网络进行区域划分，形成多个具有不同区域半径的分区；对于位于最小区域半径的分区中的节点，所述节点直接与基站进行数据通信；对于位于其他分区中的节点，按照区域半径从小到大的顺序，选择该节点的所有邻节点中通信代价最小的节点作为中继节点。本发明专利技术的路由方法在节点路由过程中考虑了中继节点的区号、通信代价，本发明专利技术的路由方法的整体耗能更少。

【技术实现步骤摘要】
无线传感器网络的路由方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种无线传感器网络的路由方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)通常由成千上万个传感器节点自组织构成，由于传感器节点很小，能够感知、处理信息并与其他节点通信，人们设计无线传感器网络来监测各类现象或事件，并把节点收集的数据传输给终端用户。然而在实际应用中传感器节点的能量有限，WSN虽然能通过应用优异的网络拓扑结构及最佳的路由策略来尽可能的保存能量，但由于与传统网络、Adhoc自组织多跳网络的差异，WSN中的路由受到越来越多的关注。采用传统的CR路由方法，当网络节点检测到事件后，会把事件广播给其通信范围内的所有节点(这些节点被称为邻节点)，这些邻节点又会广播该信息给其通信范围内的其他节点，这个过程会一直进行，直到事件到达基站(BS)为止，这会导致网络中节点的能量过度消耗，并增加无线传输中的碰撞。为了提高网络能量的利用率，近几年提出了许多改进的路由方法。例如，公开文献“Oh，H.，Bahn，H.，&Chae，K.J..Anenergy-efficientsensorroutingschemeforhomeautomationnetworks[J].IEEETransactionsonConsumerElectronics，2005，51(3)，836-839”提出了RDSR路由方法。公开文献“Chien-ErhWeng，Tsung-WenLai.AnEnergy-EfficientRoutingAlgorithmBasedonRelativeIdentificationandDirectionforWirelessSensorNetworks[J].WirelessPersonalCommunications，2013，69，253-268”提出了另一种ERIDSR路由方法。然而，上述的网络路由方法都未能有效降低无线传感器网络的网络节点能耗，路由效率也较低。
技术实现思路
为了节省节点的能量，提高无线传感器网络的路由效率，本专利技术实施例提出一种基于分区管理节点的无线传感器网络的路由方法。本专利技术的实施例提供了一种无线传感器网络的路由方法，所述无线传感器网络包括多个传感器节点以及一个基站，该方法包括：对所述无线传感器网络进行区域划分以形成多个具有不同区域半径的分区；对于位于最小区域半径的分区中的节点，所述节点直接与所述基站进行数据通信；对于位于其他分区中的节点，按照区域半径从小到大的顺序，选择所述节点的所有邻节点中通信代价最小的节点作为中继节点；所述对所述无线传感器网络进行区域划分包括：计算分区的区域半径；以所述基站为中心，根据确定的区域半径对所述无线传感器网络进行区域划分；其中，所述区域半径的计算公式为：Rg表示网络中第g个分区的区域半径，g为正整数，1≤g≤tt，tt表示所述无线传感器网络中的区域半径总数，d1为节点的通信阈值，c1和c2为可变参数。与现有技术相比，采用本专利技术公开的无线传感器网络的路由方法，节点会优先选择距离基站更近区域的邻节点作为中继节点，进而降低节点的通信代价，节省节点的能量，这对于能量受限的无线传感器来说是至关重要的。通过确定最佳的分区半径来对网络进行分区，实现降低节点通信耗能的目的，此外，该方法在节点路由过程中考虑了中继节点的区号、通信代价，通信代价计算中则考虑了能量、距离两个因素，这使得节点数据发送时到目的节点的方向性更强，因此，与现有技术相比，本专利技术的路由方法的整体耗能更少。附图说明图1是根据本专利技术实施例提供的无线传感器网络拓扑图；图2是根据本专利技术实施例提供的网络进行区域划分之后的拓扑图；图3是根据本专利技术实施例c2不同取值时网络耗能情况对比示意图；图4是根据本专利技术实施例c1不同取值时网络耗能情况对比示意图；图5是根据本专利技术实施例的网络路由方法与现有技术的网络耗能对比示意图；图6是根据本专利技术实施例的无线传感器网络的路由方法的流程图。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术实施例提供的无线传感器网络的路由方法，所述无线传感器网络包括多个传感器节点以及一个基站，所述路由方法包括：对所述无线传感器网络进行区域划分以形成多个具有不同区域半径的分区；对于位于最小区域半径的分区中的节点，所述节点直接与所述基站进行数据通信；对于位于其他分区中的节点，按照区域半径从小到大的顺序，选择所述节点的所有邻节点中通信代价最小的节点作为中继节点；所述对所述无线传感器网络进行区域划分包括：计算分区的区域半径；以所述基站为中心，根据确定的区域半径对所述无线传感器网络进行区域划分；其中，所述区域半径的计算公式为：Rg表示网络中第g个分区的区域半径，g为正整数，1≤g≤tt，tt表示所述无线传感器网络中的区域半径总数，d1为节点的通信阈值，c1和c2为可变参数。为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，下面结合附图6对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。步骤S1，生成无线传感器网络的拓扑结构。对所有无线传感器网络都需要进行拓扑初始化。在该阶段，每个节点用其最大发射功率发射来建立初始拓扑。在初始化阶段后，通过运行不同的算法或协议来对初始拓扑进行优化，并最终构建一个优化拓扑。为了便于后续说明网络区域划分的需要，所述无线传感器网络包括可以相互进行数据通信的多个传感器节点以及一个基站。本专利技术实施例提供如图1所示的网络拓扑结构，包括200个传感器节点，该些节点随机部署在200m*200m的二维区域中，基站位于监测区域左下方，所有节点部署后位置不再发生变化。图1中横轴(X轴)、纵轴(Y轴)用以标识节点的地理位置，传感器节点如图中圆圈“○”所示，基站位于二维坐标原点处，见图中三角形“Δ”所示。步骤S2，对所述无线传感器网络进行区域划分以形成多个具有不同区域半径的分区。所述经过区域划分后的多个分区构成整个所述无线传感器网络，并且，所述无线传感器网络中的节点可以动态感知节点自身剩余能量及位置，并能计算其到基站或其他节点的距离。以下，本专利技术将详细介绍步骤S2中区域划分的方法。S21，计算分区的区域半径；网络中第g个分区的区域半径Rg，g为正整数，1≤g≤tt，tt表示所述无线传感器网络中的区域半径总数，计算公式如式(1)：公式(1)中d1为节点的通信阈值，与节点i距离d1范围内的所有节点为节点i的邻节点。参数c1和c2可以通过设定不同取值灵活改变网络的区域划分情况。具体的，参数c1用以决定第一个区域半径R1的大小，并间接影响了其他区域半径的大小，最终会影响各个分区的面积。参数c2影响R1外其他区域半径的取值。参数c1为0.2且参数c2为3时，Rg取值如图2所示，网络中最大区域半径的取值依赖于网络中距离基站最远的节点。上述的第一个分区指的是其区域半径R1为最小的分区，换言之，是指最靠近基站的分区。以下介绍区域半径总数tt和最大分区半径Rmax的计算方法。首先，关于tt的计算方法：关于上述tt的计算方法，第①行用于变量的初始化；第②-⑦行用以计算网络中普通传感器节点到基站的距离，其中s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络的路由方法，所述无线传感器网络包括多个传感器节点以及一个基站，其特征在于，包括：对所述无线传感器网络进行区域划分以形成多个具有不同区域半径的分区；对于位于最小区域半径的分区中的节点，所述节点直接与所述基站进行数据通信；对于位于其他分区中的节点，按照区域半径从小到大的顺序，选择所述节点的所有邻节点中通信代价最小的节点作为中继节点；所述对所述无线传感器网络进行区域划分包括：计算分区的区域半径；以所述基站为中心，根据确定的区域半径对所述无线传感器网络进行区域划分；其中，所述区域半径的计算公式为：Rg=c1·d1,g=1((g-1)2/g2)·c2·d1+Rg-1,g>1]]>Rg表示所述无线传感器网络中第g个分区的区域半径，g为正整数，1≤g≤tt，tt表示所述无线传感器网络中的区域半径总数，d1为节点的通信阈值，c1和c2为可变参数。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的路由方法，所述无线传感器网络包括多个传感器节点以及一个基站，其特征在于，包括：对所述无线传感器网络进行区域划分以形成多个具有不同区域半径的分区；对于位于最小区域半径的分区中的节点，所述节点直接与所述基站进行数据通信；对于位于其他分区中的节点，按照区域半径从小到大的顺序，选择所述节点的所有邻节点中通信代价最小的节点作为中继节点；所述对所述无线传感器网络进行区域划分包括：计算分区的区域半径；以所述基站为中心，根据确定的区域半径对所述无线传感器网络进行区域划分；其中，所述区域半径的计算公式为：Rg表示所述无线传感器网络中第g个分区的区域半径，g为正整数，1≤g≤tt，tt表示所述无线传感器网络中的区域半径总数，d1为节点的通信阈值，c1和c2为可变参数；所述通信代价计算公式为：N(j).cost表示节点i的邻节点j的通信代价，所述邻节点j在最小区域半径的分区中，j≠i，1≤i≤n，1≤j≤n，i、j均为正整数，n表示所述无线传感器网络中传感器节点数目，di→j表示节点i与邻节点j之间的距离，dj→N(i).head表示邻节点j与节点i的管理节点之间的距离，N(j).re表示邻节点j的剩余能量；或者，所述通信代价计算公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：高巍，宋妍，范书平，
申请(专利权)人：牡丹江师范学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23