[发明专利]一种无线传感器网络不等宽度分层路由协议方法

摘要

本发明涉及无线传感器网络中分簇路由协议中的网络拓扑结构和簇头选择的优化领域，具体涉及一种不等宽度网络层次结构的建立、簇头位置的选择的无线传感器网络不等宽度分层路由协议方法。本发明包括计算每个层级的簇半径；向传感器节点发送集合信息；计算自身与理想簇头之间的距离；比较自身参与竞争的理想簇头；比较本地邻簇头竞选集合中的竞争距离；向周围发布竞选胜利消息。本发明避免了靠近基站的簇头因承担过多的转发任务而消耗能量过快，进而导致其过早死亡，降低了成簇开销，并保证了簇的均匀分布，有利于延长网络生存时间。

主权项

1.一种无线传感器网络不等宽度分层路由协议方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据距离基站的远近将整个传感器网络分割成n个层级，每一层级中簇的大小相等，簇半径的大小是对应层级的宽度的一半，计算每个层级的簇半径r：En=(π×rn2×ρ)×[Eelec×k+ϵfs×k×(rn+rn-1)2]En-1={π×rn-12×ρ+[π×rn2×ρ×(L2×rn)×(2×rn-1L)]}×[Eelec×k+ϵfs×k×(rn-1+rn-2)2]···E1={π×r12×ρ+[Σi=2nπ×ri2×ρ×(L2×ri)]×(2×r1L)}×[Eelec×k+ϵfs×k×R1‾2],]]>E_i为能量，r₁+r₂+...+r_n-1+r_n=W/2，W为网络布置区域的宽度，层级宽度LW=2r，L为网络布置区域的长度，ρ为节点密度，E_elec为节点处理单位比特信息消耗的能量，k为数据包长度，ε_fs为路径传输损耗系数，为第一层到基站的平均距离，确定每一层级中理想簇头的位置坐标：第i层级第j个理想簇头CH_ij的横坐标为：2r₁+2r₂+...+2r_i-1+r_i，r_i为第i层的半径，纵坐标为：(2j-1)r_i；（2）基站向所有传感器节点发送含有所有理想簇头的位置坐标的集合信息HEAD_MSG，包括理想簇头所在层标识LID、簇头标识HID、位置坐标XY和簇半径r_ij；（3）传感器节点收到HEAD_MSG后，计算自身与理想簇头之间的距离，取自身与HEAD_MSG中最近的理想簇头作为竞选对象，两者间距离作为竞争距离d_cmp，向邻居传感器节点广播COMPETE_HEAD_MSG竞选信息，该信息包括层标识、簇头标识和竞争距离；（4）收到竞选信息的传感器节点，比较自身参与竞争的理想簇头的层标识、簇头标识和收到的COMPETE_HEAD_MSG信息中的层标识、簇头标识是否相同，若相同，则将该信息加入到本地邻簇头竞选集合S_ch中；（5）比较本地邻簇头竞选集合中的竞争距离，竞争距离最小的传感器节点获得竞选胜利，成为实际的簇头，否则竞选失败；（6）传感器节点成为簇头后，向周围发布竞选胜利消息WIN_MSG，其他传感器节点加入最近的簇头，并向该簇头发送加入信息JOIN_MSG，未收到任何WIN_MSG的传感器节点就向周围发送FIND_MSG以搜索最近的簇头并加入。