[发明专利]一种能量负载均衡的非均匀分簇方法及非均匀分簇路由方法

权利要求书

1.一种能量负载均衡的非均匀分簇方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将传感器网络中的节点分为当选过簇首的节点和未当选过簇首的节点，将当选过簇首的节点的节点标识设为普通，对所有的未当选过簇首的节点执行步骤2；

步骤2：对于未当选过簇首的节点i，根据式(1)计算得到节点i的权重w_i，并判断权重w_i是否大于等于其中，为当前所有节点的平均能量，λ为系数；若大于等于，则将节点i的节点标识设为普通，等待候选簇首发送信号；否则节点i成为候选簇首，记为候选簇首i；候选簇首i广播一个竞争消息；所述竞争消息包括节点标识、节点剩余能量和竞争半径；

w_i＝p_i×e_i (1)

其中，p_i为节点i产生的区间[0,1]内的均匀随机数，e_i为节点i的当前节点剩余能量；

步骤3：候选簇首i根据其他候选簇首发来的竞争消息，建立对应的候选簇首集合A_i＝{j|d(i,j)＜max(R_i，R_j)}，d(i,j)为候选簇首i和候选簇首j之间的距离；R_i为候选簇首i的竞争半径，R_j为候选簇首j的竞争半径；

步骤4：候选簇首i判断自身节点剩余能量是否比其候选簇首集合A_i中的最大值大，若是，则候选簇首i成为簇首，以竞争半径R_i为半径广播成为簇首的消息，转步骤6，否则等待其他候选簇首成为簇首的消息，执行步骤5；

步骤5：判断候选簇首i收到成为簇首的消息的节点的剩余能量是否比它大，若大于，则将候选簇首i的节点标识设为普通，并以竞争半径R_i为半径广播退出竞争簇首的消息；否则判断候选簇首i的候选簇首集合A_i中是否有退出竞争的候选节点，若有，则将退出竞争的候选簇首从候选簇首集合A_i中剔除，并转步骤4；否则不做处理；

步骤6：簇首i向传感器网络发送一个包括节点序号的广播信息；节点标识为普通的节点根据信号强度向信号最强的簇首发送加入请求；

所述竞争半径根据下式计算得到：

其中，R_i为节点i的竞争半径，d_max为传感器网络中距离汇聚节点最远的节点到汇聚节点的距离，d_min为传感器网络中距离汇聚节点最近的节点到汇聚节点的距离；d(i，SN)为节点i到汇聚节点SN的距离，N_nbr为节点的度，N_alive为生命周期未结束的节点个数，R_max为节点最大通信距离。

2.根据权利要求1所述的一种能量负载均衡的非均匀分簇方法，其特征在于：传感器网络中的节点以节点最大通信距离为半径进行广播。

3.根据权利要求1所述的一种能量负载均衡的非均匀分簇方法，其特征在于：在步骤6中，若出现两个或者两个以上信号强度相同的情况，则节点标识为普通的节点随机选择一个簇首发送加入请求。

4.根据权利要求1所述的一种能量负载均衡的非均匀分簇方法，其特征在于：在步骤6中，簇首利用非持续性载波侦听多路访问的MAC协议以相同功率向传感器网络发送一个包括节点信息的广播信息。

5.一种能量负载均衡的非均匀分簇路由方法，其特征在于：包括以下步骤：

S100：采用权利要求1至4任意一项所述的一种能量负载均衡的非均匀分簇方法完成分簇；

S200：簇首j基于自身与汇聚节点的相对坐标，确定簇首j到汇聚节点的直线L_j；簇首j在自己的通讯半径内搜索靠近汇聚节点一侧且与直线L_j的垂直距离最小的簇首i，将簇首i作为自己的下一跳转发节点；

S300：其他簇首按照S200选择各自的下一跳转发节点，形成簇间传输路径。