[发明专利]一种基于冗余控制和分簇路由的无线传感网节能方法

摘要

本发明公开一种基于冗余控制和分簇路由的无线传感网节能方法，该方法结合基于概率估计的冗余节点控制算法和考虑多种因素的均衡节点能耗的簇间路由协议来实现节能，基于概率估计的冗余节点控制算法包括冗余节点的定义、冗余节点的发现和休眠方法；考虑多种因素的均衡节点能耗的簇间路由协议包括基于LEACH的引入成簇因子的网络分簇、冗余数据融合、综合考虑距离和角度的簇间数据转发和分簇轮转周期的确定。本发明在满足网络连通度和覆盖度的前提下尽量均衡网络负载和提高节点的能量效率，进而达到延长网络寿命的目的。

主权项

一种基于冗余控制和分簇路由的无线传感网节能方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，以WSN中任意节点A为研究对象，根据其他节点与节点A的关系，将WSN中的节点定义为节点A的重叠集、非依赖集和最佳依赖集；其中，重叠集：WSN中与节点A的有重叠覆盖范围的所有节点的集合；非依赖集：WSN中如果一组节点都与节点A的覆盖范围有重叠，但不将这组节点计算在内，节点A仍满足休眠节点的条件，则该组节点的集合称为A的非依赖集；最佳依赖集：WSN中，使节点A满足休眠条件的数量最小的节点的集合；步骤二，基于概率估计的冗余节点控制算法确定冗余节点是否应转入休眠状态，假定初始时所有节点均处于工作状态，具体步骤为，1）每个节点先以相同的功率广播探测消息Mp，然后节点根据接收到的探测消息Mp的信号强度来计算与相邻节点间的距离，并计算出节点覆盖范围的重叠比例的期望值pc；2）相邻节点之间交换节点覆盖范围的重叠比例的期望值pc，然后节点检查自己覆盖范围的重叠比例的期望值pc是否大于预设门限值Preq且属于邻居节点的非依赖集；如果满足此条件，则进入步骤3）；否则进入步骤4）； 3）如果节点覆盖范围的重叠比例的期望值pc是邻域中最高的，则所述节点转入休眠状态，并广播休眠消息Ms；否则进入步骤4）；4）节点正常工作，等待接收邻居节点的休眠消息Ms；如果收到休眠消息Ms，节点将重新计算并广播自己的覆盖范围的重叠比例的期望值pc；5）重复步骤2）到步骤4），直到没有新的节点可以转入休眠状态；步骤三，通过考虑多种因素的均衡节点能耗的簇间路由协议，进行网络分簇、数据融合和簇间中继转发，具体步骤为，1）采用与LEACH协议相同的分簇机制构造分簇网络结构，但是簇头选择门限T(n)要乘以经验因子F；2）构造分簇网络后，簇内节点定期采集数据并直接转发至所属的簇头；3）簇头对簇内和簇间的数据按照既定的比例进行数据融合，并且数据融合 需要等待的时间与它到Sink的距离成反比；4）簇头选择邻域中cosa/(d1/R)值最大的簇头作为下一跳节点，并将数据转发给下一跳节点，直到数据传递给Sink节点；其中R是网络监控区域的半径，d1为簇头节点之间的距离；假设簇头C 是簇头A的邻居簇头，则a为簇头A到Sink的连线与簇头A到簇头C连线的夹角；5）判断分簇轮转周期是否达到预设值，如果不满足条件就重复步骤2）到4）；否则转入步骤6）；6）判断WSN中存活节点比例是否低于预设额定值，如果条件满足结束协议流程；否则重复步骤1）到5）。