[发明专利]一种采用分层的无线传感网路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络路由算法，具体涉及一种采用分层的无线传感网路由方法。

背景技术

在对此方法的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）就是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。在无线传感网中，一个好的节点间的路由协议对网络的性能及安全有着至关重要的影响，因此，路由协议的研究已经成为国内外的一个研究热点。

在无线传感网中，LEACH算法是一种典型的层次路由算法，全称为低功耗自适应集簇分层协议(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)。该算法的基本思想是：以循环的方式随机选择簇头节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。　LEACH在运行过程中不断的循环执行簇的重构过程，每个簇重构过程可以用回合的概念来描述。每个回合可以分成两个阶段：簇的建立阶段和传输数据的稳定阶段。为了节省资源开销，稳定阶段的持续时间要大于建立阶段的持续时间。簇的建立过程可分成4个阶段：簇头节点的选择、簇头节点的广播、簇头节点的建立和调度机制的生成。

 LEACH路由协议主要分为两个阶段：即簇建立阶段(setup phase)和稳定运行阶段(ready phase)。簇建立阶段和稳定运行阶段所持续的时间总和为一轮(round)。为减少协议开销，稳定运行阶段的持续时间要长于簇建立阶段。在簇建立阶段，传感器节点随机生成一个0至1之间的随机数，并且与阈值T(n)做比较，如果小于该阈值，则该节点就会当选为簇头。在稳定阶段，传感器节点将采集的数据传送到簇头节点。簇头节点对采集的数据进行数据融合后再将信息传送给汇聚节点，汇聚节点将数据传送给监控中心来进行数据的处理。稳定阶段持续一段时间后，网络重新进入簇的建立阶段，进行下一轮的簇重建，不断循环。

本人在研究是的过程中，本人发现LEACH算法存在的问题：该算法没有考虑到某个区域中节点数量以及节点剩余能量对簇头选举所产生的负面影响，因此可能出现某一区域节点集中，但是成为簇头节点的数目却很少，也有可能出现某节点剩余能量很低，但却成为了簇头节点，导致节点过快的死亡，从而影响整个网络的生命周期。

 发明内容

本发明的目的是提供一种采用分层的无线传感网路由方法，它能够有效的选取区域内的簇头节点和剩余能量较大的节点，延长网络的生命周期。

本发明是这样来实现的，本发明根据LEACH算法，在簇头选取阶段考虑节点的分布情况，节点分布密集的区域当选为簇头节点的概率应当适当较大；在考虑节点密度的同时，节点的剩余能量也是节点能否当选为簇头的一个重要因素之一，节点相对于这个网络的平均剩余能量越高，节点当选为簇头节点的概率越大。具体步骤如下：

1)    确定本节点与基站（即Sink点）之间的距离；

2)    引入节点密度调节函数以及能量调节函数，使得节点的选取更加的合理；

3)    节点参与簇头的选取，不能成为簇头的直接成为普通节点；

4)    簇头节点之间的相互通信；

5)    普通节点根据信号的强弱选择加入相应的簇；

6)    簇头节点安排时隙给本簇的节点；

7)    稳定传输数据阶段；

8)    重复步骤2至步骤7，直至所有节点能量耗尽。

上述步骤1中，节点首先确定自己与sink节点的距离的步骤是：(a)节点一旦部署，其位置便不再发生改变；Sink节点根据监测范围的大小选择合适的功率进行广播，确保监测范围内的所有节点都收到其广播的位置信息，广播信息里携带了Sink节点的位置以及以Sink节点为中心的一系列同心圆，靠近Sink节点的为最内层圆，依次往外推；(b)普通节点收到Sink节点的广播信息后，确定自己与Sink节点的距离以及所在同心圆的层数；(c)普通节点在确定其与Sink节点的距离以后，将此数据记录下来并保存。

上述步骤2中，引入密度调节函数以及能量调节函数，使得簇头的选取更加合理的步骤是：(a)确定节点分布密集区域和节点分布稀疏区域；(b)定义节点密度函数为