一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统。该方法包括：构建初始最低能耗路径树；构建第一分簇树并更新初始最低能耗路径树；更新一次更新后的最低能耗路径树；计算已有簇首对于除基站外的节点的第三入簇竞争系数；判断第三入簇竞争系数是否为‑∞，若是，将未入簇的节点按照初始最低能耗路径树中的路径与基站进行通信，并选择初始最低能耗路径树中基站的子节点作为中继节点；计算簇首以及中继节点之间的通信能耗确定节点与基站的通信路径；按照节点与基站的通信路径将节点信息上传至基站；若否，依照第三入簇竞争系数对节点进行入簇操作，更新节点加入的分簇树以及最低能耗路径树。本发明专利技术能够缓解“能量空洞”的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统
本专利技术涉及无线传感器网络领域，特别是涉及一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统。
技术介绍
随着物联网的发展，作为数据感知与收集的重要通信技术之一具有低成本、自组织等特点的无线传感器网络得到大规模的应用。无线传感器网络由大量的微体积无线传感器构成，体积微小导致传感器所装配的电池容量有限。在多种应用场景下由于传感器分布范围广泛、环境恶劣等因素导致不能进行及时的电池更换。所以，能量是限制无线传感器网络寿命的重要因素。为延长无线传感器网络的寿命，提出了多种多样的能量路由策略。通过簇首数据融合减少传输数据量，但导致簇首早亡；为分担簇首能耗，提出双簇首方案，将数据融合和收集能耗与数据传输能耗分摊到两个节点上，但负责转发数据的簇首能量消耗过快；为减少数据传输能耗，采用簇首与基站多跳的通信方式以减少长距离传输，以达到节约簇首能耗，延长网络寿命的目的，但导致近基站节点能耗过快，出现“能量空洞”。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无线传感器网络的分簇路由方法及系统，以解决目前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，包括：/n利用所述基站收集无线传输网络中的节点信息，并根据所述节点信息构建初始最低能耗路径树；所述节点信息包括节点位置、节点能量以及节点ID；/n计算所述初始最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第一簇首竞争系数，逐一进行第一批簇首选择和节点入簇，构建第一分簇树并更新所述初始最低能耗路径树，确定一次更新后的最低能耗路径树；/n计算所述一次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第二簇首竞争系数，逐一进行第二批簇首选择和节点入簇，构建第二分簇树并更新所述一次更新后的最低能耗路径树，确定二次更新后的最低能耗路径树；/n根据所述第一分簇树以及第二分...

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，包括：
利用所述基站收集无线传输网络中的节点信息，并根据所述节点信息构建初始最低能耗路径树；所述节点信息包括节点位置、节点能量以及节点ID；
计算所述初始最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第一簇首竞争系数，逐一进行第一批簇首选择和节点入簇，构建第一分簇树并更新所述初始最低能耗路径树，确定一次更新后的最低能耗路径树；
计算所述一次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第二簇首竞争系数，逐一进行第二批簇首选择和节点入簇，构建第二分簇树并更新所述一次更新后的最低能耗路径树，确定二次更新后的最低能耗路径树；
根据所述第一分簇树以及第二分簇树计算已有簇首对于所述二次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第三入簇竞争系数；
判断所述第三入簇竞争系数是否为-∞，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述第三入簇竞争系数为-∞，将未入簇的节点按照所述初始最低能耗路径树中的路径与基站进行通信，并选择所述初始最低能耗路径树中所述基站的子节点作为中继节点；
计算簇首以及所述中继节点之间的通信能耗；
根据所述通信能耗计算簇首到所述基站的最小权值路径，将所述最小权值路径作为所述簇首与所述基站的通信路径，并根据所述所述簇首与所述基站的通信路径确定所述节点与所述基站的通信路径；
确定所有所述节点按照所述节点与所述基站的通信路径将所述节点信息上传至所述基站；
若所述第一判断结果表示为所述第三入簇竞争系数不为-∞，依照所述第三入簇竞争系数对所述二次更新后的最低能耗路径树内的节点进行入簇操作，每当一个所述二次更新后的最低能耗路径树内的节点完成入簇，更新所述二次更新后的最低能耗路径树内的节点加入的分簇树以及所述二次更新后的最低能耗路径树。


2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，所述利用所述基站收集无线传输网络中的节点信息，并根据所述节点信息构建初始最低能耗路径树，具体包括：
根据所述节点信息计算任意两个所述节点所建立的连接边的权值，生成连接边的第一权值矩阵；
根据所述连接边的第一权值矩阵计算存活节点到所述基站的最小权值通信路由；
根据所述存活节点到所述基站的最小权值通信路由，将所述存活节点的下一跳节点作为所述存活节点的父节点，构建以所述基站为根节点的初始最低能耗路径树。


3.根据权利要求1所述的无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，所述计算所述初始最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第一簇首竞争系数，逐一进行第一批簇首选择和节点入簇，构建第一分簇树并更新所述初始最低能耗路径树，确定一次更新后的最低能耗路径树，具体包括：
选取所述第一簇首竞争系数满足簇首竞争系数阈值范围内最大的第一簇首竞争系数对应的节点作为簇首；
以所述簇首为根节点的子树作为第一分簇树，并保留所述第一分簇树内的通信路径；
删除所述第一分簇树中的节点以及节点关联的边从所述初始最低能耗路径树中，确定一次更新后的最低能耗路径树。


4.根据权利要求3所述的无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，所述删除所述第一分簇树中的节点以及节点关联的边从所述初始最低能耗路径树中，确定一次更新后的最低能耗路径树，之后还包括：
若所述最大的第一簇首竞争系数小于所述簇首竞争系数阈值范围的下限，并且已选出的簇首数量未达到簇首数量阈值，同时所述无线传感器网络内仍存在未入簇的节点，执行“计算所述一次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第二簇首竞争系数，逐一进行第二批簇首选择和节点入簇，构建第二分簇树并更新所述一次更新后的最低能耗路径树，确定二次更新后的最低能耗路径树”；
若已选出的簇首数量超出簇首数量阈值且无线传感器网络中仍存在未入簇的节点，执行“根据所述第一分簇树以及第二分簇树计算已有簇首对于所述二次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第三入簇竞争系数”；
若所述一次更新后的最低能耗路径树仅剩余所述基站时，执行“选择所述初始最低能耗路径树中所述基站的子节点作为中继节点”。


5.根据权利要求1所述的无线传感器网络的分簇路由方法，其特征在于，所述计算所述一次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第二簇首竞争系数，逐一进行第二批簇首选择和节点入簇，构建第二分簇树并更新所述一次更新后的最低能耗路径树，确定二次更新后的最低能耗路径树，具体包括：
判断所述第二簇首竞争系数是否均为0，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示为所述第二簇首竞争系数均为0，执行“根据所述第一分簇树以及第二分簇树计算已有簇首对于所述二次更新后的最低能耗路径树中除所述基站外的节点的第三入簇竞争系数”；
若所述第二判断结果表示为所述第二簇首竞争系数不均为0，选取所述第二簇首竞争系数内最大的第二簇首竞争系数对应的节点作为簇首；
以所述簇首为根节点的子树作为第二分簇树，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊冰，辛亚楠，吴润泽，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11