[发明专利]一种商拓扑能量递阶博弈的无线传感网路由方法

摘要

一种商拓扑能量递阶博弈的无线传感网路由方法，包括：整个网络生命周期分为若干轮。在第各轮中的传感网节点根据地理属性诱导出基数相同的不同的节点商集划分，并且通过能量博弈确定是否需要分簇并找到最好的划分作为第一层分簇（划分），并记录选定的簇头。第一层的各个簇根据同样的方式进一步找到各自最优的商集划分作为第二层子分簇，以此方法分层递阶直到各个分簇不能再往下划分为止。最后一层各簇为本轮最终有效分簇，其各簇头节点通过逐级与各自记录的父簇头节点构成多跳传输路径。本发明技术方案能够构造传感网能量均衡分簇路由，有效的降低了信息的延时和能量的损耗延长网络生命周期。

主权项

1.一种商拓扑能量递阶博弈的无线传感网路由方法，其特征是：1）根据地域关系属性将无线传感网拓扑Wsn诱导出N种备选划分方案，指定每种备选划分为k个小粒度子簇的步骤是：（a）节点一旦部署就不再改变其地理位置，基站记录有各个节点的剩余能量和地理指标等节点分布信息；（b）通过选定一个地理分布属性，如某个海拔高度，或某个水平经纬度，将Wsn划分为K个等价类节点子簇即Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’；（c）选定不同的地理分布属性重复N次执行步骤b获得N种备选划分方案；2）对上述N个备选划分进行能量平衡和能量预估消耗的竞争，如获得最优划分，即最优下一层子分簇W_sn₁’、W_sn₂’、…W_sn_k’，则进入下列步骤3）；否则该无线传感网Wsn本身为最终有效簇，则进入下列步骤4），具体步骤：(a)选择备选划分之一；（b）在K个子分簇中，对每个子分簇都选择若干最优簇头并基于这些簇头通过计算预测最小能量消耗值Consume(Wsn__i′)，其中i∈{1,2,…k}；（c）汇总步骤b获得k个能量预测消耗与父簇需要消耗的预测能量Consume(Wsn)进行比较，如下式（1）所示划分后消耗能量和大于等于划分前消耗则取消该划分,如小于划分前消耗如下式（2）所示则认为该划分有效即为备选划分；Consume(Ws n)≤Σi=1kConsume(Wsni′)]]>…………………(1)Consume(Ws n)>Σi=1kConsume(Wsni′)]]>…………………(2)(d)重复步骤a到步骤c如没有获得任何一条备选划分则该父簇本身为最终有效簇并进入步骤（4），如果有m个备选划分则进入下一步e。（e）分别计算m个备选划分的各自K个子簇节点剩余能量Energe(Wsn₁′)其中i∈{1,2,…,k}和平衡程度Balance(Wsn1′,Wsn2′,···Wsnk′)=]]>Log1eMax{Energe(Wsn1′),Energe(Wsn2′),···Energe(Wsnk′)}-Min{Energe(Wsn1′),Energe(Wsn2′),···Energe(Wsnk′)}Min{Energe(Wsn1′),Energe(Wsn2′),···Energe(Wsnk′)}]]>(f)综合考虑各个备选划分的能量平衡程度Balance()和预测的消耗能量减少程度Save(),选择最优分簇。预测的消耗能量减少程度和判断函数如下式（3）和式（4）；Save(Wsn1′,Wsn2′,···Wsnk′)=Log1/eConsume(Wsn)-Σi=1kconsume(Wsni′)Σi=1kconsume(Wsni′)]]>…………(3)αSave（Wsn₁’，Wsn₂’，…Wsn_k’）+βBanance（Wsn₁’，Wsn₂’，…Wsn_k’）………（4）注α和β为可调参数3）对于选定的这K个子簇，分别进入步骤1）步骤如下：(a)对于选定的这K个子簇Wsn₁’、Wsn₂’、…Wsn_k’，提取其中任何一个Wsn_i’，i∈{1,2……k}；（b）Wsn_i’作为下一层一个相对独立的子Wsn进入步骤1）；(c)其余K－1个子簇也分别进入步骤a和b进行下一层次划分；4）确定所有最终有效簇后，有效簇的簇头节点给簇内成员分配TDMA时间表(a)Sink节点广播通知对应节点谁是簇头及各级父簇头和谁是簇内成员；（b）各有效分簇簇头根据簇内成员节点总数为其分配时隙，并广播，之后普通节点即可以在分配的时间向簇头传递信息；5）簇头收集本簇信息，通过成簇过程中其父亲簇的簇头节点实现到Sink节点的多跳传输（a）簇头节点收集了齐了本簇普通节点发来的信息后，进行数据融合；（b）簇头节点将数据收到父簇的簇头节点并逐级送回Sink节点；注：父簇不是最终有效分簇，只是分簇过程中产生的过度簇；6）完成一轮分簇后，重复步骤（1）到步骤（5）直至所有节点能量耗尽。