[发明专利]一种分布式无线传感网络分簇路由方法

摘要

本发明公开了一种分布式无线传感网络分簇路由方法，主要解决无线传感网络簇内节点利用多跳通信方式进行数据传输时带来的热区问题导致的网络能量负载不均衡问题。该方法是一种分布式方法，节点不依赖于对网络整体拓扑结构的感知，仅依靠自身信息以及邻居节点信息结合模糊逻辑选举出合理的簇头节点。簇头选举阶段，利用模糊逻辑对节点进行性能分析，本发明以节点能量、节点度(邻居节点个数)和邻居节点能量作为评判指标，有效地缓解了多跳通信中常见的热区问题，提升了结构网络的健壮性，延长了网络的生命周期，增强了系统数据传输的效率。

主权项

一种分布式无线传感网络分簇路由方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1.1通信范围内的传感器节点之间互相发送Node_MSG数据包进行消息互通。完成了Node_MSG消息互通阶段，节点由此可以进入自身信息表Info_table更新阶段，从而获取所有邻居节点的节点ID以及对应的当前节点能量Neighbor_Nodeid.Eresidual；利用更新后的Info_table，节点可以获取到节点能量Er、节点度d和邻居节点剩余能量Ea＝∑Neighbor_Nodeid.Eresidual/d这三个参数，以及簇头选举持续时间t＝k×T×(Ea/Er)，其中k为(0.9,1)之间的随机数，T为定义的初始簇头选举持续时间；步骤1.2每个传感器节点利用自带的模糊推理引擎系统，定义了节点能量的模糊集合{low,medium,high}，其隶属函数为low(0＜x≤0.5)，medium(0＜x≤1.0)，high(x＞0.5)；节点度的模糊集合{less,average,enormous}，其隶属函数为less(0＜x≤15)，average(0＜x≤30)，enormous(x＞15)，邻居节点剩余能量的模糊集合{weak,normal,strong}，隶属函数为weak(0＜x≤0.35)，normal(0＜x≤1.0)，strong(x≥0.83)；输出参数概率的模糊集合{very_low,low,rather_low,medium,less_high,high,very_high}，隶属函数为very_low(0<y≤10)，low(0<y≤40)，rather_low(30<y≤50)，medium(40<y≤70)，less_high(60<y≤80)，high(70<y≤90)，very_high(y>90)；以步骤1.1获取的精确的节点能量、节点度和邻居节点剩余能量作为输入参数，结合上述隶属函数，转化为相对应的模糊集合中的模糊语言变量。模糊语言变量再结合模糊规则，利用Mamdani算法，得到模糊输出集。最后通过中心面积算法将模糊输出集转换为直观的精确输出值以供节点对自身性能进行评估，作为节点自身成为簇头节点的权值V；步骤1.3节点获得自身性能评估权值V后，进入簇头竞选状态，向附近通信半径r内的所有邻居节点发送包含自身节点ID和权值V的数据包Head_compete；节点与接收到的邻居节点性能权值进行比较，权值低的节点变为普通节点状态，等待簇头选举结束后通过就近原则选择合适的簇进行加入，而权值高的节点则变为当选簇头状态；步骤1.4当选为簇头的节点向周围节点大量广播包含节点ID数据包CH_Message；状态为普通节点的节点则根据接收到的CH_Message数据包，根据接收到的信号强弱来评判判断节点间的距离，以就近原则选择合适的簇头节点并发送包含自身节点信息的Node_JOIN数据包；簇头节点收到成员节点的申请入簇请求后，向该节点返回一个Node_ACCEPT数据包，确认该节点的入簇请求，从而完成整个的簇的形成过程。