一种基于区域划分的无线体域网路由方法技术

本发明专利技术给出一种基于区域划分的无线体域网路由方法，该方法适用于不同无线体域网应用场景，利用无线体域网汇聚节点能量充足的特点，将网络监测区域划分成多个子区域形成分簇，根据节点在人体所在位置信息和能量信息在每个簇内选择合适的节点作为当前论次的簇头和下一轮的簇头，同时综合考虑能量和通信代价等因素选择合适的节点作为簇头的下一跳节点，在簇头之间以多跳的方式将数据发送到汇聚节点。本发明专利技术能够有效地提高无线体域网节点信息传输效率和网络生存周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于区域划分的无线体域网分簇路由方法，主要利用区域划分的方法提高无线体域网节点信息传输效率，属于计算机网络、无线体域网和嵌入式系统的交叉

技术介绍
微电子、计算机和无线通信技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集，数据处理，和无线通信等多种功能，无线传感器网络是由部署在监测区域内的传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式，被列为21世纪改变世界的十大技术之一。无线传感器网络是一个多学科交叉的综合性科学研究领域，能够对其所分布区域内的各种环境和检测对象的信息能够进行实时监控、感知和采集，还可以·将这些信息进行处理，通过无线方式发送通过汇聚节点，在传输给监控主机或者需要使用这些信息的用户。无线传感器网络发展迅速，可广泛应用于公共安全、生态环保、环境检测、应急指挥和生物医学领域。传感器技术在生物医学领域早有应用，但是并没有给人们带来极大的方便。传统的医疗监控，使用有线的传感器，这些传感器把生理数据和其他信息传递到医疗中心，达到监控的效果。但是这种医疗监控系统限制了被监控对象的移动性，对于那些需要长期进行医疗监控和保健的对象而言，也影响了人们的正常生活。无线技术的引入，使得现代医疗保健领域有了快速发展。医学传感器被佩戴在人体上或者植入到人体内，监测得到病人的医学数据，通过低功耗的射频技术把这些医学数据传送到数据汇聚中心，通过汇聚节点进行数据的处理或者传送到医疗监控中心，这种类型的传感器网络就是无线体域网。与通常的传感器网络相比，由于人体介质的引入和医学应用的特殊性，这种网络在规模、可靠性、持续性等方面具有特定的要求，当然节能问题也是无线体域网首要考虑的问题。在采用分簇结构的无线体域网中，簇头要承担数据收集、聚合处理和簇间转发任务，其耗能远大于簇成员节点。为了均衡网络中节点的能耗，分簇无线体域网一般按轮运行，每轮开始时进行簇头轮换，节点以轮流充当簇头的方式将能量开销均匀分布到各个节点，之后进行多次簇内通信和簇间路由；簇内通信一般基于时分多址接人调度，簇头为每个成员节点分配不同的通信时隙。相邻簇之间的通信干扰一般通过两层TDMA调度或多信道来避免；簇头间的数据转发一般利用载波检测多址接人来避免信道争用。在大部分分簇无线体域网中，簇成员以单跳方式与簇头通信，因此簇内通信一般不存在路由问题，而簇头间则大都采用多跳方式进行数据传输，因此簇头路由协议不可或缺。而且，在分簇无线体域网的两层数据收集模式下，一次簇头路由的失败就会导致一个簇一段时间的传感数据全部丢失，因此簇头路由在分簇无线传感网中至关重要。
技术实现思路
技术问题:分簇无线体域网的特性使其簇头路由设计面临很多问题，当前很多簇头选择方式会造成以下结果:所生成的簇在网络中的分布不够均匀，增大了网络整体能量消耗，减少了网络的生存时间。本专利技术的目的是提供一种基于区域划分的无线体域网分簇路由方法，在簇头选择、簇间数据传输方式等方面作出了改进，解决上述问题。技术方案:本专利技术所述基于区域划分的分簇路由方法中，分簇无线体域网是由被佩戴在人体上或者植入到人体内、具有唯一标识的传感器节点自组织构成的分布式网络，整个网络逻辑上被划分为簇，每一个簇包括簇头节点、非簇头节点，汇聚节点可以与所有传感器节点进行无线通信、收发人体信息。基于区域划分的无线体域网路由方法包含以下步骤: 1)无线体域网所有节点启动后，每一个传感器节点将预先定义的簇头当选标识变量、下一轮簇头当选标识变量都置为0，向汇聚节点传送自己的标识、当前能量和位置坐标信息； 2)汇聚节点收到节点信息后将这些信息储存起来，根据预先设定的最优簇头数目，将整个网络区域均匀地划分为η个子区域，给出每一个子区域分配一个标识。3)在完成子区域划分之后，汇聚节点将各个节点按照其在人体的位置划分在其所对应的子区域中，形成相应的分簇，并给节点发送子区域标识。4)汇聚节点分别在各个区域中计算各个区域的质心坐标、各个区域的节点与质心之间的距离。5)汇聚节点在各个区域中选择距离其质心最近的、标识最小的节点作为首轮的簇头，将该节点簇头当选标识变 量置为I ;选择距离质心次近的节点作为下一轮的簇头，将该节点下一轮簇头当选标识变量都置为I。6)汇聚节点向网络中的所有节点广播信息，这个信息包含有各个节点在首轮的归属族、是否是族头节点息、是否是下一轮族头节点息。7)所有节点收到来自于汇聚节点的信息后将其储存起来，依照该信息检查自己是否被设置为首轮簇头，如果是簇头，就为自己簇内成员分配时隙，生成时隙分配表，然后将时隙分配表信息发送给簇内成员节点，接着进入步骤9)。8)网络收到汇聚节点广播发送的下一轮簇头选择消息，当下一轮周期期限到来时，网络开始下一轮簇头选择，具体操作如下: 81)各个节点首先检查自己的状态，若节点在本轮任务角色是簇头，就向无线体域网中广播自己成为簇头的消息，等待簇内成员节点的加入；若节点是非簇头节点，就等待各个簇头发送广播信息，收到了簇头广播信息后，在所有簇头集合中选择距离自己最近、节点标识最小的簇头加入相应分簇，向该簇头发送加入包含节点当前剩余能量、节点标识的请求信息，等待簇头发送时隙分配表信息。82)每个簇头节点收到节点发送的请求加入信息后，记录各个节点的信息。然后根据收到的节点在人体所在位置及剩余能量信息计算该簇成员节点的平均能量值，将剩余能量大于或者等于平均能量值的节点组成一个候选簇头节点集合，从该候选簇头节点集中挑选距离当前簇头节点最近、标识最小的节点作为下一轮正式簇头，并将时隙分配信息、下一轮簇头当选信息发送给簇内成员节点。83)每个非簇头节点收到簇头发来的时隙分配信息和下一轮簇头当选信息后，将自己的下一轮簇头当选标识变量设为I或者0，进入步骤9)。9)每个非簇头节点依照时隙分配表在自己的时隙内持续收集所监测的信息并按需向簇头发送感知到的数据，不在自己的时隙内时关闭通讯模块。10)每个簇头节点收集所有簇内节点的数据，并对这些数据进行数据融合，另外还接收其它簇头节点转发来的数据； 11)每个簇头节点将簇内融合后的数据或其他簇头转发来的数据发送给汇聚节点，它采用的操作如下: ill)广播自己的标识、当前能耗、簇头身份等信息，接收并记录相邻簇头节点发送来的对应信息。112)在自己的邻居簇头节点集合中逐一选择其它各个簇头节点，并且计算经过该簇头节点向汇聚节点传输数据的通信代价。113)在通信代价小于直接将数据传输给汇聚节点时通信代价的节点中，选择能量值最大、标识最小的簇头节点作为中继节点，将此次数据转发该节点；如果没有符合条件的簇头节点作为中继节点，则直接将数据传输给汇聚节点。114)通过在其他簇头节点中选择中继节点，采用多跳的数据传送方式将数据传送给汇聚节点。115)在发送下一次数据，通信交互获得当前中继节点的能量，如果发现该节点能量较低而不能够承担转 发任务，则转到步骤113)。12)网络一轮周期没有结束，进入步骤9);网络一轮周期已结束，进入步骤13)。13)汇聚节点根据任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于区域划分的无线体域网路由方法，其特征在于该方法所包含的步骤为：1）无线体域网所有节点启动后，每一个传感器节点将预先定义的簇头当选标识变量、下一轮簇头当选标识变量都置为0，向汇聚节点传送自己的标识、当前能量和位置坐标信息；2）汇聚节点收到节点信息后将这些信息储存起来，根据预先设定的最优簇头数目，将整个网络区域均匀地划分为n个子区域，给出每一个子区域分配一个标识；3）在完成子区域划分之后，汇聚节点将各个节点按照其在人体的位置划分在其所对应的子区域中，形成相应的分簇，并给节点发送子区域标识；4）汇聚节点分别在各个区域中计算各个区域的质心坐标、各个区域的节点与质心之间的距离；5）汇聚节点在各个区域中选择距离其质心最近的、标识最小的节点作为首轮的簇头，将该节点簇头当选标识变量置为1；选择距离质心次近的节点作为下一轮的簇头，将该节点下一轮簇头当选标识变量都置为1；6）汇聚节点向网络中的所有节点广播信息，这个信息包含有各个节点在首轮的归属簇、是否是簇头节点信息、是否是下一轮簇头节点信息；7）所有节点收到来自于汇聚节点的信息后将其储存起来，依照该信息检查自己是否被设置为首轮簇头，如果是簇头，就为自己簇内成员分配时隙，生成时隙分配表，然后将时隙分配表信息发送给簇内成员节点，接着进入步骤9）；8）网络收到汇聚节点广播发送的下一轮簇头选择消息，当下一轮周期期限到来时，网络开始下一轮簇头选择，进入步骤9）；9）每个非簇头节点依照时隙分配表在自己的时隙内持续收集所监测的信息并按需向簇头发送感知到的数据，不在自己的时隙内时关闭通讯模块；10）每个簇头节点收集所有簇内节点的数据，并对这些数据进行数据融合，另外还接收其它簇头节点转发来的数据；11）?每个簇头节点将簇内融合后的数据或其他簇头转发来的数据发送给汇聚节点，它采用的操作如下：111）广播自己的标识、当前能耗、簇头身份等信息，接收并记录相邻簇头节点发送来的对应信息；112）在自己的邻居簇头节点集合中逐一选择其它各个簇头节点，并且计算经过该簇头节点向汇聚节点传输数据的通信代价；113）在通信代价小于直接将数据传输给汇聚节点时通信代价的节点中，选择能量值最大、标识最小的簇头节点作为中继节点，将此次数据转发该节点；如果没有符合条件的簇头节点作为中继节点，则直接将数据传输给汇聚节点；114）通过在其他簇头节点中选择中继节点，采用多跳的数据传送方式将数据传送给汇聚节点；115）在发送下一次数据，通信交互获得当前中继节点的能量，如果发现该节点能量较低而不能够承担转发任务，则转到步骤113）；12）网络一轮周期没有结束，进入步骤9）；网络一轮周期已结束，进入步骤13）；13）汇聚节点根据任务完成情况决定是否进行下一轮簇头选择，如果任务已完成或节点能量损耗导致网络不能正常运行，则广播网络运行结束信息，否则广播下一轮簇头选择消息，进入步骤8）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于区域划分的无线体域网路由方法，其特征在于该方法所包含的步骤为: 1)无线体域网所有节点启动后，每一个传感器节点将预先定义的簇头当选标识变量、下一轮簇头当选标识变量都置为O，向汇聚节点传送自己的标识、当前能量和位置坐标信息； 2)汇聚节点收到节点信息后将这些信息储存起来，根据预先设定的最优簇头数目，将整个网络区域均匀地划分为η个子区域，给出每一个子区域分配一个标识； 3)在完成子区域划分之后，汇聚节点将各个节点按照其在人体的位置划分在其所对应的子区域中，形成相应的分簇，并给节点发送子区域标识； 4)汇聚节点分别在各个区域中计算各个区域的质心坐标、各个区域的节点与质心之间的距离； 5)汇聚节点在各个区域中选择距离其质心最近的、标识最小的节点作为首轮的簇头，将该节点簇头当选标识变量置为I ;选择距离质心次近的节点作为下一轮的簇头，将该节点下一轮簇头当选标识变量都置为I ; 6)汇聚节点向网络中的所有节点广播信息，这个信息包含有各个节点在首轮的归属族、是否是族头节点息、是否是下一轮族头节点息； 7)所有节点收到来自于汇聚节点的信息后将其储存起来，依照该信息检查自己是否被设置为首轮簇头，如果是簇头，就为自己簇内成员分配时隙，生成时隙分配表，然后将时隙分配表信息发送给簇内成员节点，接着进入步骤9)； 8)网络收到汇聚节点广播发送的下一轮簇头选择消息，当下一轮周期期限到来时，网络开始下一轮簇头选择，进入步骤9)； 9)每个非簇头节点依照 时隙分配表在自己的时隙内持续收集所监测的信息并按需向簇头发送感知到的数据，不在自己的时隙内时关闭通讯模块； 10)每个簇头节点收集所有簇内节点的数据，并对这些数据进行数据融合，另外还接收其它簇头节点转发来的数据； 11)每个簇头节点将簇内融合后的数据或其他簇头转发来的数据发送给汇聚节点，它采用的操作如下: 111)广播自己的标识、当前能耗、簇头身份等信息，接收并记录相邻簇头节点发送来的对应信息； 112)在自己的邻居簇头...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志，宝磊，岳文静，黄洵松，毛博，曹壹，迟文东，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：