一种分簇路由方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分簇路由方法及系统，该方法包括：汇聚节点获取第一数量，将多个无线传感器网络WSN节点所在的区域，平均划分为所述第一数量的簇区，在第一轮，将每个簇区中的能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点，将每个簇区的簇头节点标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点，其中，将WSN节点所在区域平分为第一数量的簇区，每个簇区中选取出一个WSN节点作为簇头节点，这便尽可能的均衡了簇头节点、各WSN节点的分布，均衡了节点能量损耗，延长了无线传感器网络的生命周期。

Clustering routing method and system

The invention discloses a clustering routing method and system, which includes: gathering nodes to obtain the first number of WSN nodes, dividing the area where multiple WSN nodes are located into the first number of clusters on average, and determining the WSN nodes with the largest energy in each cluster area as the cluster head section in the first round. The identification information of each cluster head node is broadcasted to each WSN node in the cluster area. The WSN node region is divided into the first number of clusters equally. A WSN node is selected as the cluster head node in each cluster area, which balances the distribution of cluster head nodes and WSN nodes as much as possible. Energy loss prolongs the life cycle of wireless sensor networks.

【技术实现步骤摘要】
一种分簇路由方法及系统
本专利技术涉及无线传感器网络路由
，具体涉及一种分簇路由方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)的出现引起了全世界范围的广泛关注。1999年，著名的美国商业周刊将无线传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一；2003年，MIT技术评论(TechnologyReview)在预测未来技术发展的报告中，将其列为改变世界的10大新技术之一。环境监测与预报、森林防火、地质灾害监测与预警等是无线传感器网络的重要应用领域。路由协议是无线传感器网络应用的重要基础。在无线传感器网络的应用中，路由协议对传感器网络的监测活动至关重要。在大面积环境监测、森林火灾灾情监测与地质灾害监测预警中，必需将传感器节点的监测数据传输到控制中心。无线传感器网络是由具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的自治测控网络系统。由于微传感器节点的能量受限性和WSN的密集部署和无人值守等应用特点使得节点难以进行能量的补充。这些因素决定了WSN的首要设计目标是通过均衡高效的能耗方式来延长网络生存时间。所以，研究高效且低能耗的无线传感器网络路由协议具有重要的意义。从网络拓扑结构的角度来进行分类，WSN路由协议(路由协议后文可称路由方法)大体可以分为两类：平面路由协议和分簇(层次)路由协议。平面路由协议在运行过程中由于需要维持较大的路由表，且没有数据融合，节点能耗消耗大，并不适合在大规模网络中采用。分簇路由协议与其相比有较大的优势。分簇路由协议由簇头负责将整个簇的数据发送到基站，减少了与基站通信的节点数，大大降低了网络的能耗；分簇路由协议采用了数据融合技术，WSN中存在大量的数据冗余，簇头将数据发送到基站之前首先进行数据融合和压缩操作，进一步减少了与基站的通信量；分簇路由协议的可扩展性较好，容易与其他路由协议相结合。LEACH路由协议是第一个被提出的分簇路由协议，LEACH路由协议及在此基础上提出的一系列改进分簇路由协议都是通过循环随机选举簇首以均衡网络整体能耗，但它们也同时存在着如簇首分布不均匀，可能会出现各簇区中的节点能量损耗不均匀的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分簇路由方法及系统，用以解决现有技术中的各簇区中的节点能量耗损不均匀的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：本专利技术提供一种分簇路由方法，执行于汇聚节点，所述方法包括：获取第一数量；将多个无线传感器网络WSN节点所在的区域，平均划分为所述第一数量的簇区；在第一轮，将每个簇区中的能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点；将每个簇区的簇头节点标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点。进一步的，每个簇区中的WSN节点的数量相同。进一步的，获取第一数量，具体包括：分别将多个WSN节点所在的区域平均分成不同预设数量的簇区；将每个预设数量的簇区中的各簇区的坐标范围、各簇区的坐标范围对应的簇区编号，发送给各WSN节点，以使得各WSN节点根据自己的坐标确定所在簇区，并将该WSN节点的坐标、所在簇区编号发送到汇聚节点；统计不同预设数量的簇区中的、各簇区的WSN的节点数量，将不同预设数量的簇区中的、各簇区中的WSN节点数量调整为相同数量；分别获取第一关系和第二关系，其中，所述第一关系，是指所述多个WSN节点对应的WSN的死亡时间，与不同预设数量的对应关系，所述第二关系，是指所述多个WSN节点传输到所述汇聚节点的总数据包的个数，与所述不同预设数量的对应关系；根据所述第一关系和所述第二关系，确定所述第一数量。进一步的，所述方法还包括：在第r轮，将每个簇区中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点，其中，所述r为大于1的整数；将所述每个簇区的簇头节点的标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点；其中，f(i)是第i个WSN节点在第r轮的竞选能量，Eir是所述第i个WSN节点在所述第r轮的剩余能量，E0javr是第r轮第j簇区所有WSN节点的初始平均能量，Rjmax是第r轮所述第j簇区WSN节点到所述汇聚节点的最大距离，Ritos是第r轮所述第i个WSN节点到所述汇聚节点的距离，Rjavr是第r轮所述第j簇区所有WSN节点到所述汇聚节点距离的平均值，a是平衡因子。进一步的，将每个簇区中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点之前，所述方法还包括：在所述第r轮，将每个簇区中的WSN节点数调整为相同数量。进一步的，在第r轮，将每个簇区中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点，具体包括：在所述第r轮，针对每个簇区，当第一百分比比值不大于预设百分比比值时，将未做过簇头节点的、竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点；在所述第r轮，针对每个簇区，当第一百分比比值大于预设百分比比值时，将每个簇中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点；其中，所述第一百分比比值，是指每个簇区中做过簇头节点的WSN节点的数量，与所述第一轮该簇区中的WSN节点的数量的比值。进一步的，所述a的取值，是根据第三关系和第四关系确定出的；其中，所述第三关系，是指第1个、第30％个以及第50％个WSN节点的死亡时间，与不同预设取值的a的对应关系；所述第四关系，是指所述多个WSN节点传输到所述汇聚节点的总数据包的个数，与所述不同预设取值的a的对应关系。本专利技术还提供一种分簇路由系统，所述系统包括汇聚节点和多个WSN节点：所述汇聚节点，用于获取第一数量；所述汇聚节点，还用于将多个无线传感器网络WSN节点所在的区域，平均划分为所述第一数量的簇区；在第一轮，所述汇聚节点，还用于将每个簇区中的能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点；所述汇聚节点，还用于将每个簇区的簇头节点标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点。进一步的，每个簇区中的WSN节点的数量相同。进一步的，其特征在于：在第r轮，所述汇聚节点，还用于将每个簇区中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点，其中，所述r为大于1的整数；所述汇聚节点，还用于将每个簇区的簇头节点，广播至该簇区的每个WSN节点；其中，f(i)是第i个WSN节点在第r轮的竞选能量，Eir是所述第i个WSN节点在所述第r轮的剩余能量，E0javr是第r轮第j簇区所有WSN节点的初始平均能量，Rjmax是第r轮所述第j簇区WSN节点到所述汇聚节点的最大距离，Ritos是第r轮所述第i个WSN节点到所述汇聚节点的距离，Rjavr是第r轮所述第j簇区所有WSN节点到所述汇聚节点距离的平均值，a是平衡因子。本专利技术具有如下优点：汇聚节点获取第一数量，将多个WSN节点所在的区域，平均划分为所述第一数量的簇区，在第一轮，将每个簇区中的能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点，将每个簇区的簇头节点标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点，其中，将WSN节点所在区域平分为第一数量的簇区，每个簇区中选取出一个WSN节点作为簇头节点，这便尽可能的均衡了簇头节点的分布，均衡了节点能量损耗，延长了无线传感器网络的生命周期。附图说明图1为本专利技术提供的一种分簇路由方法的流程示意图；图2为本专利技术提供的WSN模型中的各WSN节点和汇聚节点的分布示意图；图3为本专利技术提供的3个簇区的示意图；图4为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分簇路由方法，其特征在于，执行于汇聚节点，所述方法包括：获取第一数量；将多个无线传感器网络WSN节点所在的区域，平均划分为所述第一数量的簇区；在第一轮，将每个簇区中的能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点；将每个簇区的簇头节点标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点。

【技术特征摘要】
1.一种分簇路由方法，其特征在于，执行于汇聚节点，所述方法包括：获取第一数量；将多个无线传感器网络WSN节点所在的区域，平均划分为所述第一数量的簇区；在第一轮，将每个簇区中的能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点；将每个簇区的簇头节点标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个簇区中的WSN节点的数量相同。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取第一数量，具体包括：分别将多个WSN节点所在的区域平均分成不同预设数量的簇区；将每个预设数量的簇区中的各簇区的坐标范围、各簇区的坐标范围对应的簇区编号，发送给各WSN节点，以使得各WSN节点根据自己的坐标确定所在簇区，并将该WSN节点的坐标、所在簇区编号发送到汇聚节点；统计不同预设数量的簇区中的、各簇区的WSN的节点数量，将不同预设数量的簇区中的、各簇区中的WSN节点数量调整为相同数量；分别获取第一关系和第二关系，其中，所述第一关系，是指所述多个WSN节点对应的WSN的死亡时间，与不同预设数量的对应关系，所述第二关系，是指所述多个WSN节点传输到所述汇聚节点的总数据包的个数，与所述不同预设数量的对应关系；根据所述第一关系和所述第二关系，确定所述第一数量。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在第r轮，将每个簇区中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点，其中，所述r为大于1的整数；将所述每个簇区的簇头节点的标识信息，广播至该簇区的每个WSN节点；其中，f(i)是第i个WSN节点在第r轮的竞选能量，Eir是所述第i个WSN节点在所述第r轮的剩余能量，E0javr是第r轮第j簇区所有WSN节点的初始平均能量，Rjmax是第r轮所述第j簇区WSN节点到所述汇聚节点的最大距离，Ritos是第r轮所述第i个WSN节点到所述汇聚节点的距离，Rjavr是第r轮所述第j簇区所有WSN节点到所述汇聚节点距离的平均值，a是平衡因子。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将每个簇区中的竞选能量最大的WSN节点，确定为该簇区簇头节点之前，所述方法还包括：在所述第r轮，将每个簇区中的WSN节点数量调整为相同数量。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡中栋，王振东，王俊岭，曾珽，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36