[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

说明书

本发明公开了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，根据候选节点的竞争半径进行非均匀分簇，考虑了节点的剩余能量、节点密度的因素，充分保证了簇的大小、节点剩余能量以及节点密度三者之间的平衡，避免节点能耗过大过早死亡；同时对簇间信息传输提出了一种基于最短路径的多跳方式，以降低网络的总体能耗，延长网络的生命期。

技术领域

本发明属于无线传感技术领域，尤其涉及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。

背景技术

无线传感器网络是一种集信息采集、数据处理与传输功能于一体的网络信息系统，传感器网络中的节点往往体积小，自身携带的能量有限，因此在设计路由协议时，降低节点能耗和延长网络的生存时间是无线传感器网络的主要研究方向之一。

为了降低节点能耗和延长网络的生存时间，常采用EEUC算法，该算法采用非均匀分簇的思想，根据节点与汇聚节点之间的距离，缩小靠近汇聚节点的成簇规模，使得簇内节点传输时能耗降低，节点可以将更多能量用于簇间传递数据，提升网络性能并够缓解“热节点”现象。但EEUC算法存在以下缺点：(1)在簇首的选举阶段，推举候选簇头节点仅依据随机生成数大小决定，没有考虑候选簇首的当前剩余能量、节点密度大小，容易导致当前剩余能量较小的节点成为簇首以及节点密度过大导致的节点压力过大，也就是说对于剩余能量少的节点仍然存在被选为候选簇头的可能，导致能量过早耗尽的问题；(2)决定候选节点的竞争半径的参考因素只有节点与汇聚节点之间的距离，没有考虑节点的剩余能量较低的情况以及簇头节点密度过大的情况。

发明内容

发明目的：为解决无线传感器网络中节点能耗不均的问题，本发明提出了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，将传感器节点非均匀分簇，并采用最短路径的多跳方式完成簇间信息传输。

技术方案：一种能量负载均衡的非均匀分簇方法，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，对所有的未当选过最终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)计算得到未当选过簇首的节点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，则将未当选过簇首的节点i的节点标识设为普通，等待候选簇首发送信号；否则未当选过簇首的节点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为未当选过簇首的节点i产生的区间[0,1]内的均匀随机数，e_i为未当选过簇首的节点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判断自身剩余能量是否比候选簇首集合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，当收到其他候选簇首发送的成为簇首的消息后，执行步骤5；