基於區域劃分的分層鏈樹路由方法

2023-05-11 16:25:46 2

基於區域劃分的分層鏈樹路由方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於區域劃分的分層鏈樹路由方法，包括：步驟1，將無線傳器感網絡劃分為多個區域；步驟2，使每個所述區域單獨成簇，並按照PEGASIS協議將所述簇內的節點通過遺傳算法在相應的每個所述區域內形成第一鏈路；步驟3，按照能量最大化原則，在每個所述簇內選取簇頭；步驟4，按照PEGASIS協議將所述簇頭與Sink節點之間的通信鏈路通過遺傳算法形成第二鏈路；步驟5，將所述第二鏈路改造成以Sink節點為中心的分層鏈樹；步驟6，使節點數據沿著所述分層鏈樹並通過數據融合傳遞給Sink節點，經過預定的通信時間後，跳轉執行步驟1。本發明有效降低了LEACH算法中節點之間採用單跳方式導致的長距離通信所產生的能耗。
【專利說明】基於區域劃分的分層鏈樹路由方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線路由【技術領域】，特別是涉及一種基於區域劃分的分層鏈樹路由方法。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網絡是一種特殊的無線通信，它是有許多節點通過無線自組織網絡的方式構成的，由於傳感器節點的電源能量、計算能力和通信能力非常有限，所以必須有一個好的路由協議以儘量延長網絡的生存時間和網絡性能。
[0003]LEACH協議是一種層次路由算法。普通節點為了避免距離過長而選擇通過簇頭作為轉接來就行通信，有效的減少了普通節點的能量消耗大大提高了網絡的穩定時間，延長了傳感器網絡的生存時間。但是LEACH協議存在著以下缺點，具體如下:
[0004]LEACH的簇頭選舉是採用隨機選舉的方式，簇頭的分布不均勻，導致部分區域的節點與簇頭的通信距離很大，增加了部分節點的通信耗能。
[0005]簇頭採用單跳的方式直接和基站通信，不論兩者之間的距離遠近，當網絡規模很大的時候，通信的範圍也很廣，從而導致簇頭消耗過多的能量導致節點過早死亡。
[0006]簇內節點和簇頭的通信也是採用單跳的方式通信，當網絡規模很大的時候，增加了簇頭的能量負擔同時也增加了節點的通信能耗。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種基於區域劃分的分層鏈樹路由方法，以解決現有技術中LEACH算法中節點之間採用單跳方式導致的長距離通信能耗高的問題。
[0008]為解決上述技術問題，作為本發明的一個方面，提供了一種基於區域劃分的分層鏈樹路由方法，其特徵在於，包括:步驟1，將無線傳器感網絡劃分為多個區域；步驟2，使每個所述區域單獨成簇，並按照PEGASIS協議將所述簇內的節點通過遺傳算法在相應的每個所述區域內形成第一鏈路；步驟3，按照能量最大化原則，在每個所述簇內選取簇頭；步驟4，按照PEGASIS協議將所述簇頭與Sink節點之間的通信鏈路通過遺傳算法形成第二鏈路；步驟5，將所述第二鏈路改造成以Sink節點為中心的分層鏈樹；步驟6，使節點數據沿著所述分層鏈樹並通過數據融合傳遞給Sink節點，經過預定的通信時間後，跳轉執行步驟I。
[0009]進一步地，所述步驟I中的所述無線傳感器網絡為正方形，所述正方形的無線傳器感網絡劃分為16個所述區域。
[0010]進一步地，所述正方形的無線傳器感網絡劃分為16個所述區域包括:將所述正方形沿其對角線和中位線劃分為八個區域；在所述正方形內劃出一個同心的內部正方形；所述內部正方形將所述八個區域劃分為16個區域。
[0011]進一步地，所述步驟I還包括:通過調節所述內部正方形的邊長改變簇頭的負載平衡因子。
[0012]進一步地，所述負載平衡因子LBF根據下式計算:
【權利要求】
1.一種基於區域劃分的分層鏈樹路由方法，其特徵在於，包括: 步驟1，將無線傳器感網絡劃分為多個區域； 步驟2，使每個所述區域單獨成簇，並按照PEGASIS協議將所述簇內的節點通過遺傳算法在相應的每個所述區域內形成第一鏈路； 步驟3，按照能量最大化原則，在每個所述簇內選取簇頭； 步驟4，按照PEGASIS協議將所述簇頭與Sink節點之間的通信鏈路通過遺傳算法形成第二鏈路； 步驟5，將所述第二鏈路改造成以Sink節點為中心的分層鏈樹； 步驟6，使節點數據沿著所述分層鏈樹並通過數據融合傳遞給Sink節點，經過預定的通信時間後，跳轉執行步驟I。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟I中的所述無線傳感器網絡為正方形，所述正方形的無線傳器感網絡劃分為16個所述區域。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述正方形的無線傳器感網絡劃分為16個所述區域包括: 將所述正方形沿其對角線和中位線劃分為八個區域； 在所述正方形內劃出一個同心的內部正方形； 所述內部正方形將所述八個區域劃分為16個區域。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟I還包括:通過調節所述內部正方形的邊長改變簇頭的負載平衡因子。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述負載平衡因子LBF根據下式計算:
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述步驟2中，只有當所述第一鏈路內的任何一個節點死亡後才重新構造新的第一鏈路。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述步驟2或5中的所述遺傳算法的適應度函數fit為:
fit = (1-(len-minlen)/(maxlen-minlen+0.001)))2 其中，Ien代表按當前序列形成鏈路的總長度，minlen代表這一代種群所有鏈路的長度最短的鏈路長度，maxlen代表這一代種群所有鏈路中長度最長的鏈路的長度。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述步驟5中， 在所述第二鏈路上，按照所述第二鏈路的順序依次對簇頭與簇頭之間、以及簇頭與Sink節點之間這兩種通信方式的能耗進行分析，如果簇頭與上級簇頭通信的能耗小於簇頭直接與Sink節點的通信的耗能，則該簇頭維持原始通信路由；反之，則該簇頭與Sink直接通信，從而降低消耗能量。
【文檔編號】H04W40/02GK103813406SQ201410056952
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】向滿天, 周曉明, 廖莎, 龍承志 申請人:南昌大學