[发明专利]无线传感器网络基于代价函数的能效路由协议的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络基于代价函数的能效路由协议的实现方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)与传统的无线网络不同，传感器节点能量支持和通信宽带都是受限且一般没有能量补充的，计算能力和存储容量都很有限，这就要求在提供一定服务的前提下尽可能降低节点能耗，尽可能延长网络生命周期。因此，能效是无线传感网络系统中要考虑的一个关键因素，而路由又要消耗大量的能量，设计出合理的路由方案也是至关重要的。

于2000年麻省理工学院电子工程和计算机科学系的Wendi Heizelman等人为无线传感器网络专门设计的低功耗自适应聚类路由协议(W.R.Heinzelman，A.Chandrakasan，H.Balakrishnan，Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks，IEEEHICSS，Maui，Hawaii，4-7 Jan.2000，pp.1-10.)。该协议采用随机选取若干个簇头，把网络分成若干个簇，簇头直接与基站通信，而簇内成员只与所属簇的簇头通信。LEACH在运行过程中不断的循环执行簇的重构过程，每个簇重构过程采用“轮”的方式。每“轮”可以分成两个阶段：簇的启动阶段和传输数据的稳定阶段。与直接通信路由协议相比，在第一个节点死亡之前系统所完成的通信轮数能得到8倍左右的提高。该协议的不足之处是，每轮中任意节点成为簇头的概率均为p，而不是根据存活节点的数量进行相应的调整，使得能耗分配不均衡，簇头随机选取，不能保证簇头在网络中的分布是否合理，而簇头的分布又在很大程度上决定了该轮的能量损耗状况。此外，所有簇头是直接与基站通信，这对远离基站的簇头能量损耗很大。

在2002年航空航天公司计算机系统研究部介绍了“无线传感网络PEGASIS协议”(S.Lindsey and C.S.Raghavendra，PEGASIS：Power-Efficient Gathering in Sensor InformationSystems，IEEE Aerospace Conference，Big Sky，Montana，March 2002，Vol.3，pp.1125-1130.)和“一种低功耗自组织传感器网络协议”(S.Lindsey，C.S.Raghavendra，K.M.Sivalingam，Data gathering algorithms in sensor networks using energy metrics，IEEE Transactions on Paralleland Distributed Systems，Sept.2002，13(9)：924-935.)。这种协议是采用贪婪算法将网络中所有节点连成一条链，并随机选出一个首领节点负责将结果数据传送给基站。它比LEACH协议更节省能量，但其缺陷在于，将所有节点连成一条链本身就是一个NP复杂性问题(多项式复杂程度的非确定性问题)，用贪婪算法并非总能得到很好的结果，如果网络节点数目很大，链路变得很长，数据传输时延将会显著增大。而且，节点要存储网络的全局信息需要较大的存储空间。