一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置，包括：对无线传感器网络内的各个传感器节点进行分簇操作，确定各个传感器节点所处的簇以及簇头；构建各个簇头间以及簇头与基站间的双向有向连通图；按照预设多路径数据传输规则，选择各个簇头与基站之间的数据传输路径，并按照数据传输路径进行数据传输。本发明专利技术采用连通图的结构连接各个簇头，使得簇头与基站间包含多条路径，均衡了各个簇头的数据量，减少了额外能量的消耗且提高了网络在有簇头失效时的可靠性。

Non uniform routing transmission method based on wireless sensor network and device thereof

The invention discloses a wireless sensor network based on non-uniform routing method and apparatus, including: for each sensor nodes within the cluster, determine where each sensor node cluster and cluster head; construction of the cluster head and between cluster head and base stations connected to a two-way according to the preset rules; transmission path data, select the data transmission path between the cluster head and the base station, and transmitting data according to the data transmission path. The invention adopts the structure of a connected graph connecting the cluster head, the cluster head and base stations contains multiple paths, the balance of all cluster data, reduces the additional energy consumption and improve network reliability in the cluster head failure.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置
本专利技术涉及无线传感器网络
，特别是涉及一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法及其装置。
技术介绍
在无线传感器网络(WSN)中目前多采用非均匀分簇路由算法(即狭义上所指的层次路由协议)，非均匀分簇路由算法中将无线传感器网络节点分为两个层次：内层节点数量较少，更多地承担转发数据的任务；外层节点数量较多，主要承担数据采集任务。针对多跳传输模式，簇头的主要工作为：一是融合簇成员发送来的数据，二是传送数据给离基站(BS)更近的簇头。因此靠近BS的簇头不仅要融合和发送自己簇其他成员的数据，还要融合和发送下级簇头传送来的数据，故该类簇头的能量消耗更大。参见图1所示，图1中黑点表示簇头，圆圈表示围绕这个簇头形成的簇，箭头表示数据的传送方向。采集的数据首先由簇内成员节点传向各自簇的簇头进行融合，然后传向上级(离BS较近)簇头再进行融合，最后传向基站。但是，在簇间路由阶段，多跳传输策略大都采用以基站为树根，所有簇头为枝干或叶子的树形拓扑结构。这种树结构本身存在以下缺陷：(1)转发树结构一旦完成，簇头间的上下级关系即数据传输路径也就确定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法，其特征在于，包括：对所述无线传感器网络内的各个传感器节点进行分簇操作，确定各个传感器节点所处的簇以及簇头；构建各个簇头间以及簇头与基站间的双向有向连通图；按照预设多路径数据传输规则，选择各个所述簇头与所述基站之间的数据传输路径，并按照所述数据传输路径进行数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的非均匀路由传输方法，其特征在于，包括：对所述无线传感器网络内的各个传感器节点进行分簇操作，确定各个传感器节点所处的簇以及簇头；构建各个簇头间以及簇头与基站间的双向有向连通图；按照预设多路径数据传输规则，选择各个所述簇头与所述基站之间的数据传输路径，并按照所述数据传输路径进行数据传输。2.根据权利要求1所述的路由传输方法，其特征在于，所述构建各个簇头间以及簇头与基站间的双向有向连通图的过程具体为：控制距离所述基站的距离不大于d0的簇头与所述基站之间形成连路；若距离所述基站距离d0的范围内不包含簇头，则将距离基站最近的若干个簇头与所述基站相连；d0为所述无线传感器网络的无线电模型的能耗阈值；将所述基站加入与其连接的簇头的上级列表内，与所述基站连接的簇头加入所述基站的下级列表内；数据传输方向为从下级簇头传输至自身的上级；将簇头i与簇头j的间距与预设间距阈值进行比较，若不小于所述预设间距阈值，则两个簇头间不形成连路，若小于所述预设间距阈值，依据预设连路判定关系式确定两个簇头间是否形成连路；簇头i与簇头j为所述无线传感器网络内的任意两个簇头；所述预设间距阈值为：(q+di/dmax)×d0；di为簇头i相对于所述基站的垂直距离，dmax为整个所述无线传感器网络区域相对于所述基站的最远垂直距离，q为疏密度控制常数；所述预设连路判定关系式具体为：其中，dj为簇头j相对于所述基站的垂直距离，Ri是簇头i的簇半径，Rj为簇头j的簇半径；各个簇头间连路构建完成后，对于上级列表为空的孤立簇头，筛选距离所述孤立簇头距离最短的若干个簇头，并从所述距离最短的若干个簇头中选择距离基站最近的簇头添加至所述孤立簇头的上级列表内；若未找到满足上述条件的簇头，控制所述孤立簇头与所述基站连接。3.根据权利要求1所述的路由传输方法，其特征在于，所述对所述无线传感器网络内的各个传感器节点进行分簇操作的过程具体为：依据竞争半径关系式计算所述无线传感器网络内各个传感器节点的簇半径Ri；所述竞争半径关系式为：d(vi,sink)是传感器节点vi到所述基站的距离，c是0到1间的一个常系数，dmin是各个传感器节点距所述基站的最近距离，dmax是各个传感器节点距所述基站的最远距离；周期性的进行分簇操作，每个分簇操作周期内，进行如下操作：筛选当前所述无线传感器网络中自身簇半径内不包含簇头的传感器节点作为未被覆盖节点；依据选票关系式确定传感器节点vi投给其邻居节点vj的选票v(vi,vj)，所述选票关系式为：其中，邻居节点指一个传感器节点以自身为圆心、簇半径为半径构成的圆内覆盖的传感器节点；dik为节点vi到vk的距离，vk遍历传感器节点vi的所有邻居节点，ej为节点vj的剩余能量；按照求和关系式计算传感器节点vi的选票总数，所述求和关系式为：依据权重关系式计算传感器节点vi的权重值Ii，所述权重关系式为：其中，Pi是节点vi到其所有邻居节点的平均距离；选择权重值最大的传感器节点作为簇头；对于本周期内未成为簇头的传感器节点，若其处于多个簇头的簇半径内时，依据适应度关系式计算各个簇头的适应度值，并令该传感器节点加入适应度值最高的簇头的簇内；所述适应度关系式为：其中，degreei为传感器节点vi的度。4.根据权利要求3所述的路由传输方法，其特征在于，所述预设多路径数据传输规则具体为：自身上级列表内包含所述基站的簇头，直接传输数据至所述基站；自身上级列表内不包含所述基站的簇头从自身上级列表内，选择基准元素最优的上级作为数据传输的直接上级；所述基准元素为上级簇头标识ID、上级簇头的当前剩余能量Enode、通过该上级簇头到基站所需的最少能量EBS、通过上级簇头到基站的最小时延Tdelay、上级簇头传送的数据量N中的任一个。5.根据权利要求3所述的路由传输方法，其特征在于，所述预设多路径数据传输规则具体为：自...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏辉，张瑞华，程相国，田呈亮，于佳，潘振宽，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37