[发明专利]一种基于双簇首的无线传感器网络分簇路由方法

权利要求书

1.一种基于双簇首的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤101：无线传感器网络节点部署完成后，无线传感器网络中的基站向整个网络发送初始化消息；无线传感器网络内的节点收到所述初始化消息后向所述基站上报自身的位置、剩余能量和节点ID信息；所述基站根据节点上报的信息，获取无线传感器网络内节点的位置、ID、剩余能量，并统计节点总数；

步骤102：所述基站根据统计的信息将分布区域进行横向划分，形成至少一个子区域，每个所述子区域中包括至少一个簇；将分布区域进行横向划分包括：

节点根据接收到的信号强度，计算出自身与基站之间的距离，以确定自身所在的区域；

所述基站按照下述公式计算每个区域的上下边界：

其中，UB_i'、LB_i'分别是第i'个区域的上边界和下边界，d_max、d_min分别是监控区域中节点到达基站的最大距离和最小距离；m为区域的总数；

其中，假设节点j距离基站的距离为d_j，如果LB_i'＜d_j＜UB_i'，那么节点j位于第i’个区域；

步骤103：根据节点的位置、ID以及剩余能量，选举出候选主簇首；根据所述候选主簇首与所述基站之间的距离，设置不同的竞争半径，并在所述竞争半径内选举出最终主簇首，并由所述最终主簇首组织成簇；

使用概率的方式竞选簇首，一开始为节点随机生成一个随机数，该随机数受到阈值的限制，按照下述公式确定候选主簇首的阈值：

其中，T(n)表示尚未成为候选主簇首的节点n对应的阈值，p为簇首百分比，r为当前网络运行的轮数，G表示1/p轮中尚未成为簇首的集合，E_res和E_init分别表示节点的剩余能量和初始能量，N_nei和N_r分别代表节点的邻居节点数目和当前轮数存活节点数，c₁和c₂为参数控制因子，运算符号mod为取余运算；

候选主簇首S_i选出后，根据最终簇首选举规则，利用候选簇首局部竞争的方法，选择出主簇首；候选簇首局部竞争半径R_c定义如下：

其中，R_c表示所述竞争半径，d_max表示节点与基站之间的最大距离，d_min表示节点与基站之间的最小距离，c为影响因子，表示候选主簇首的竞争半径的最大值，d(S_i,BS)为节点与基站之间的距离；

当候选簇首S_i竞选成功后，按照一定的规则选举出最终簇首；候选簇首S(i)的邻居集合NS(i)定义如下：

NS(i)＝{S(j)|d(S(i),S(j))＜max(S(i).R_c,S(j).R_c)}

当候选簇首S(i)竞选成为簇首后，其邻居集合NS(i)中所有候选簇首都不能参加竞选，立刻退出竞选；

节点S_i计算NS(i)中每个节点的剩余能量，如果节点S_i的剩余能量比集合中的全部节点的能量值大，则它当选为簇首并广播FINISH_ELECT_MSG消息；如果S_j接收到S_i发送的FINISH_ELECT_MSG消息并且在NS(j)中，那么S_j马上退出竞选，并广播QUIT_MSG消息告知它的邻簇首；

簇建立以后，普通节点向主簇首申请副簇首竞选；在副簇首选举时，基于普通节点到主簇首的距离、普通节点到基站的距离以及普通节点的剩余能量的大小，得到各个普通节点对应的选举副簇首的权值函数，并根据权值大小选出最佳副簇首；按照下述公式确定选举副簇首的权值函数：

其中，w_f(i)表示第i个节点对应的选举副簇首的权值函数，d_max-CH表示簇内节点到主簇首的最大距离，d_max-BS表示簇内节点到基站的最远距离，d_CHj'(i)表示簇内节点i到主簇首j’的距离，d_BS(i)表示簇内节点i到基站的距离，E_res(i)表示节点i的剩余能量，E_res(CHj')表示主簇首j’的剩余能量，α、β和γ为加权系数；

步骤104：在数据传输时，簇内节点将采集的数据发送给主簇首，主簇首在融合数据完毕后，再交由副簇首；簇间通信时，每个副簇首从下一层级的主簇首中选择一个主簇首作为其中继节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

按照下述公式确定最小网络通信开销：

E_relay＝d²(S_i,S_j)+d²(S_j,BS)

其中，E_relay表示所述最小网络通信开销，d(S_j,BS)为节点S_j与基站BS间的距离，d(S_i,S_j)为节点S_i和节点S_j之间的距离。