[发明专利]一种基于节点能耗和剩余能量的无线传感网络路径规划方法

摘要

本发明公开了一种基于节点能耗和剩余能量的无线传感网络路径规划方法，针对待规划节点和该可选节点，本发明先计算可选节点的传输能耗、剩余能量、总传输能耗和总剩余能量；然后计算可选节点的传输能耗与该可选节点的剩余能量的比值以及总传输能耗与总剩余能量的比值，将这两个比值加权求和得到评价参数；最后对所有可选节点按评价参数排序，选择评价参数最小的可选节点作为待规划节点的上行节点。本发明对能耗过快的节点起到了保护，节省总体能耗，使节点能耗相对均衡，延长了网络生命周期，优化利用网络资源。同时，本发明计算简单，路径规划速度快，资源消耗少。

主权项

1. 一种基于节点能耗和剩余能量的无线传感网络路径规划方法，所述无线传感网络包含若干个路由节点和一个汇集节点；每个路由节点连接一个传感器，可以将自身传感器信息或来自于其他路由节点需要转发的信息上传到上行节点，并最终传输到汇集节点，由汇集节点传输给控制主机；汇集节点不考虑能量消耗，路由节点携带的能量固定且不能补充，但传输能量可控，能根据传输距离调整发送功率；其特征在于，路径规划步骤如下，（1）网络参数初始化a.根据路由节点和汇集节点的空间位置，计算汇集节点到各路由节点的距离并由小到大排序；b.计算每个路由节点到其它所有路由节点距离并由小到大排序；c.设定路由节点的最远传输距离，所有路由节点的最远传输距离相同；假设任一路由节点周围至少有一个路由节点，它们两者的距离在最远传输距离内，即所有路由节点都不会成为孤立节点；（2）将到汇集节点距离最小的未规划的路由节点作为待规划节点并为其规划上行节点，可以作为待规划节点的上行节点有多个，这些上行节点称为可选节点；（3）若待规划节点到汇集节点的距离没有超过设定的最远传输距离，则将汇集节点指定为待规划节点的上行节点，实现一步传输，该待规划节点的路径规划完毕，为其作已规划标志，转步骤（9）判断并选择下一个待规划节点；否则转步骤（4）为其规划上行节点；（4）在未考察作为待规划节点可选节点的其它路由节点中，选择到待规划节点距离最小的路由节点作为可选节点，若距离超过最远传输距离限制，则可选节点考察完毕，转步骤（8），否则转步骤（5）；（5）如果步骤（4）选出的该可选节点未置路径已规划标志，说明该可选节点本身未规划路径，不能作为待规划节点的上行节点，转步骤（7），判断是否还有可选的路由节点；否则转步骤（6）计算该可选节点作为待规划节点上行节点的评价参数；（6）针对待规划节点和该可选节点，计算该可选节点的传输能耗、该可选节点的剩余能量、总传输能耗和总剩余能量；然后计算该可选节点的传输能耗与该可选节点的剩余能量的比值以及总传输能耗与总剩余能量的比值，将这两个比值加权求和得到评价参数；可选节点的传输能耗是指可选节点将信息传递到它的上行节点所消耗的能量；该可选节点初始能量减去以前传输过程消耗的能量即为该可选节点的剩余能量；总传输能耗为将传感器信息从待规划节点通过该可选节点一直传输到汇集节点时各节点所消耗的能量之和；总剩余能量是待规划节点通过该可选节点一直传输到汇集节点的链路上不含汇集节点外的其他所有节点的剩余能量之和；（7）判断可以作为可选的路由节点是否选择完毕，若还存在则转到步骤（4）选择下一个可选节点，否则转步骤（8）；（8）对所有计算了评价参数的可选节点按评价参数排序，选择评价参数最小的可选节点作为待规划节点的上行节点，并作已规划标志；（9）判断是否还存在未规划路由节点，若有则转步骤（2），否则所有路由节点路径规划完毕，得到当前传输周期的网络拓扑结构，在该传输周期按该网络拓扑结构进行信息传输即可；在下一个传输周期，重复步骤（2）‑（9），以得到下一个周期的网络拓扑结构并进行信息传输；如此周而复始，得到每个传输周期的网络拓扑结构，直到任一路由节点能量耗尽为止，此时视为网络失效。