[发明专利]基于ZigBee的群集树形无线传感器网络的节能路由方法

说明书

本发明公开了基于ZigBee的群集树形无线传感器网络的节能路由方法，属于通信网络技术领域，以ZigBee规范定义的网络层与应用程序层同IEEE802.15.4规范定义的物理层和数据链路层为基础，新提出的节能路由方法将整个群集网络按照各节点的功率等级划分成不同的子群集组，子群集组网的工作方式和整个大的群集网络相同。新的划分令整个传感器网络在显著地降低功耗，从而大大延长网络的使用寿命，充分提高无线传感器网络(WSN)的能量利用率。为不需要高传输速率的应用场景提供切实可行的选择，如农业监管、农业医疗、公园智能家居领域。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体涉及基于ZigBee的群集树形无线传感器网络的节能路由方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是无线网络的一种类型，其由称为传感器节点的网络集合而成。每个节点通过直接或与其他节点的相互通信与网络中的一个或多个传感器相关联。群集状结构是近年来日益受到重视的重要结构之一。WSN的拓扑结构可以是星形网络或者多跳无线网状拓扑。WSN的各个节点的成本将会影响到整个网络的能量限制、通信带宽、内存以及传感器节点的计算速度。

目前，因为WSN的节点依赖有限的电池电量，如何降低能耗成为无线传感器网络中亟待解决的问题。若进行低功耗传输将对网络的连续性产生影响，而高功率传输将会缩短节点及网络的使用寿命。为最小化功耗和最大化WSN网络寿命，一些方案提出将临时网络中功耗降至最低的权衡优化方案，即通过对能量负载进行改善以及减少流量传播的平衡下实现优化；也有方案提出基于传感器状态的群集传感器网络最佳方案，即将整个能耗问题视为一个完整线性编程模型，采用基于人工智能提出的禁忌搜索算法(Tabu Search)来缩短计算时间，辅以固定树松弛和迭代分布式算法来解决功率分配问题。但上述方案有明显的缺点，即只适用于大规模网络中的某些传感器网络应用。

为了改善性能以及延长WSN的使用寿命，无线传感器网络采用了ZigBee与IEEE802.15.4标准。ZigBee规范规定了将采用一种利用信标的树形结构拓扑来定义IEEE802.15.4网络的一个实例。网络层与应用程序层仍由ZigBee规范定义，而物理层和数据链路层则由IEEE802.15.4标准规定。ZigBee与IEEE802.15.4标准因其低成本和低功耗而非常适用于WSN。但根据实际情况的使用，仍存在一些问题：

(1)ZigBee规范不能为节点提供任何节能机制，这将令由电池供电的ZigBee网络寿命降至几天之内；

(2)无线传感器网络中多个节点处于活跃状态时，路由算法无法精确求出时间比例，会发生回撤现象。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供基于ZigBee的群集树形无线传感器网络的新型节能路由方法；在适当的应用领域，新的算法以较低传输速率运行整个WSN，提高整个WSN的性能，更好地提高WSN的能量利用率，同时扩展ZigBee的可用性，提升ZigBee通讯技术的应用优势。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于ZigBee的群集树形无线传感器网络的节能路由方法，包括以下步骤：

步骤1：计算此群集组中各个节点的功率等级Pi，i＝1,2,3……n，并对其进行测量，然后将整个网络划分为数个子群集组Tj，j＝1,2,3……m，其中n代表所有节点的个数，m代表所有子群集组的个数；

步骤2：对所有节点的功率等级Pi进行排序；

步骤3：寻找出每个子群集组Tj中最大的功率等级Pj，j＝1,2,3……m，Pj对应的节点作为Tj中的代表，称其为子群集组中的代理agent。

进一步地，所述的步骤2中，具体为：找出整个网络中功率等级的最大值记为Pmax，将Pmax代表的节点作为整个网络功率中最大的节点，并将其记为群集头head。