[发明专利]一种基于改进树型分簇的无线传感器网络路由协议

说明书

本发明提出一种基于改进树型分簇的无线传感器网络路由协议。在无线传感器网络中，先选举出簇头并分簇；簇内构建树型结构，以簇头为根节点，簇内各传感器节点如果与簇头距离较近，则直接与簇头通信，否则选择距离簇头较近的其他传感器节点进行通信；以距离汇聚节点最近的簇头为根节点，所有簇头组成一棵树，根节点与移动汇聚节点直接通信；所有传感器节点当选过一轮簇头后，整个网络开始新的一轮分簇；选举簇头时考虑了传感器节点的剩余能量。本发明避免传感器节点过早死亡，延长了无线传感器网络的使用寿命。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种在无线传感器网络传输数据的方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量微型的传感器节点以自组织的方式组成的低成本、自适应性高的无线网络。它可以快速准确的感知和收集目标区域的关键信息，比如森林火灾监测中对温度、烟雾的感知，环境监测中对温湿度、气压的检测。但是由于无线传感器节点成本和体积大小的限制，节点的通信能力、计算能力和存储能力有限。其中最突出的是电池能量十分有限，传感器节点容易较早死亡，导致无线传感器网络失效，对无线传感器的应用造成了很大的困难。因此在主流的研究中都设法通过优化网络结构，均衡链路的负载来达到延长网络的使用寿命的目的。

LEACH协议将各个传感器节点分簇，簇内的节点轮流担任簇头传输数据，达到均衡负载的目的，能够有效延长传感器网络的寿命。但是它假定所有的节点都可以与汇聚节点(sink节点)通信，距离sink节点较远的簇头节点由于大功率通信，导致簇头节点的能量消耗较快而过早死亡，影响传感器网络的使用寿命。在移动sink节点的单跳路由协议中，sink节点可以移动至簇头附近进行单跳通信，通过短距离通信减少传输数据时的能量消耗，达到节约能量的目的，但是这种传输方式需要sink节点一一访问所有簇，花费较大的时间，造成较大的延迟。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在无线传感器网络数据传输的方法，克服了现有技术中存在的缺陷，数据传输过程中能耗小、延迟短。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种在无线传感器网络传输数据的方法，在无线传感器网络中，先选举出簇头并分簇；簇内构建树型结构，以簇头为根节点，簇内各传感器节点如果与簇头距离较近，则直接与簇头通信，否则选择距离簇头较近的其他传感器节点进行通信；以距离汇聚节点最近的簇头为根节点，所有簇头组成一棵树，根节点与移动汇聚节点直接通信；所有传感器节点当选过一轮簇头后，整个网络开始新的一轮分簇；

选举出簇头的方法为，为所有传感器节点选取一个0到1之间的随机数，如果这个随机数小于预先设定的一个门限值T_(n)，则该传感器节点被选为簇头，如果选举出来的两个簇头距离较近，则其中剩余能量高的传感器节点会做为簇头，所述门限值T_(n)的计算方式如下式所示，

其中，p表示传感器节点成为簇头的期望百分比，r表示当前的选取簇头的轮数，G作为剩余1/p轮中未选为簇头的节点集合，E_current表示传感器节点当前的剩余能量，E_initial表示传感器节点初始的剩余能量；

所述分簇时，其余传感器节点加入距离自己较近的簇头所在的簇。

进一步，簇内建立树型结构的方法为，簇内各传感器节点与距离自己最近的邻居传感器节点连接通信，形成若干子簇一；在各个子簇一中，与簇头距离最短的传感器节点直接与簇头通信。

进一步，各子簇一生成一张邻居表一，表中包含子簇内各传感器节点的邻居节点以及邻居节点的邻居节点，簇内各传感器节点将邻居表一发送给簇头，簇头根据邻居表管理子簇。

进一步，所有簇头组成一棵树的过程为，各簇头与距离自己最近的邻居簇头连接通信，形成若干子簇二；在各子簇二中，与移动汇聚节点距离最近的簇头直接与直接移动汇聚节点通信。