一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略的製作方法

2023-11-10 04:02:07

一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略（EBCR），其包括步驟有：把節點剩餘能量、能量消耗速度以及節點與基站的距離作為選取簇首的參數，改進簇首的選擇過程，使得基站附近分布更多的簇，相應的簇的面積較小，而在遠離基站處產生面積更大的簇，從而實現網絡能量和簇首分布的有效均衡。使用本發明方法，在小規模無線傳感網絡中，可以有效降低了簇首間能量消耗，均衡了網絡能耗分布，有效延長網絡生存周期。
【專利說明】一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無線傳感網絡分簇路由策略，尤其涉及一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略，屬於無線傳感網絡【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近十年來，在無線傳感器網絡在精細農業中的應用逐步成為研究的熱點。農業環境中往往傳感器節點數量多，分布密度高，節點過早的死亡會導致網絡失效，縮短了網絡壽命。因此，如何均衡節點的能量消耗以延長網絡的生存時間是無線傳感器網絡在農業應用中的研究重點。由於傳感器節點能量的限制，其計算、存儲和通信能力都十分有限，每個節點只能獲取到局部網絡的信息，因而節點上的所運行的網路通信協議不能太複雜。
[0003]針對節點能量消耗不均勻的問題，現有的許多網絡協議都提出了解決方法。其中LEACH、PEGASIS、HEED、、EEUC 較為典型。
[0004]LEACH:其核心思想是讓每個節點輪流當選簇首，從而使得網絡中的能量消耗儘可能均勻。但LEACH仍有不足之處，比如簇首節點不一定是剩餘能量最大的節點、簇首節點在空間上難以均勻分布和單跳傳輸造成的能量消耗不均勻和不利於網絡的擴展等。
[0005]PEGASIS:PEGASIS採用鏈式結構傳輸數據分組，並進行數據聚集以減少能耗，但聚集點仍為隨機選擇，無法保證網絡能耗均衡。
[0006]HEED =HEED的簇首選舉策略考慮了節點的剩餘能量，但卻並未考慮網絡總體結構，易造成簇首能耗不均。
[0007]EEUC =EEUC算法將節點剩餘能量與節點距基站的距離作為簇首選舉的參考因素，並設定距離門限值，根據節點與基站的距離區分兩者之間的通信方式，簇首數比LEACH算法和HEED算法更穩定，能量消耗更均勻，網絡生命周期更長。但是EEUC算法涉及4個參數，需要進行人工選取，實際操作起來比較困難。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是，提出一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略(Energy-BalancedClusteringRoutingStrategyforffireIessSensorNetworks, EBCR),能夠均衡網絡能耗分布，延長網絡生存周期。
[0009]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略,包括如下步驟:
[0010]步驟一、選定傳感器能耗模型，基於所選應用場景是無線密集型傳感網絡，選擇自由空間模型；
[0011]步驟二、參考能耗模型，計算簇首節點和非簇首節點的能量消耗，根據整個網絡能耗最小的原則來求取網絡較優的簇首個數；
[0012]步驟三、以該簇首個數為參考，計算出較優的簇首比例，代入改進的閾值公式中；
[0013]步驟四、每個節點都保存三個能量信息:節點當前剩餘能量Eeunent，節點的初始能量Emax，上一輪開始的剩餘能量Elast ;將剩餘能量和能量消耗的速度考慮在內，改進簇首選擇的閾值公式T(n)，確定剩餘能量高和能量消耗較慢之間一個較優的比重α ；
[0014]步驟五、仿真實驗確定剩餘能量高和能量消耗較慢之間的比重後，將節點距基站
f D _d \
的距離因素微_ 加入到改進的閾值公式T(n)中，實現網絡能量和簇首分布的有效
VΖ) -D J
、 maxmm ,均衡。
[0015]本發明提出了一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略。通過使用本發明提出的方法，可以均衡網絡能耗分布，延長網絡生存周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的路由策略EBCR的流程圖。
[0017]圖2是本發明與現有分層策略的網絡剩餘能量百分比的對比圖。
[0018]圖3是本發明與現 有分層策略的網絡存活節點數量的對比圖。
[0019]圖4是本發明與現有分層策略的簇首節點數量的對比圖。
[0020]圖5是本發明與現有分層策略的節點剩餘能量標準差的對比圖。
[0021]圖6是本發明與現有分層策略的節點每輪發送數據量的對比圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0023]圖1所示是本發明的基於能量均衡的路由策略的過程，網路初始化是，基站是固定的，網絡中所有的傳感器節點都是同種類型並且初始能量相等。節點具有足夠的計算能力，在網絡部署之後第一次投入使用時，通過基站用一個較大的發送功率向網絡中所有節點廣播一個信號，每個傳感器節點在收到此信號後，可以根據接收到信號的強度計算它與基站的近似距離。
[0024]下面給出幾個新增功能的具體說明。
[0025]較優簇首數目Kopt:
R \2NZ1V
[0026]Kopt=-J——(I)
Ρ- D關"π
[0027]其中，R為區域半徑，N為網絡節點總數，Dfflax和Dmin分別是網絡中節點到基站最大和最小的距離。
[0028]改進簇首選擇的閾值公式Τ(η):把節點剩餘能量、能量消耗速度以及節點與基站的距離作為選取簇首的參數，改進簇首的選擇過程，T (η)的計算方式為:
【權利要求】
1.一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略，其特徵在於包括如下步驟: 步驟一、選定傳感器能耗模型； 步驟二、根據整個網絡能耗最小的原則來求取網絡較優的簇首個數； 步驟三、以該簇首個數為參考，計算出較優的簇首比例； 步驟四、將剩餘能量和能量消耗速度考慮在內，改進簇首選擇的閾值公式T (η)，確定剩餘能量高和能量消耗較慢之間一個較優的比重α ; 步驟五、仿真實驗確定剩餘能量高和能量消耗速度之間的比重後，將節點與基站之間的距離參數加入到改進的閾值公式T(η)中。
2.根據權利要求1所述的一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略，其特徵在於，在所述步驟一中選定傳感器能耗模型為自由空間模型，按如下公式計算傳輸k-bit數據的能耗:

3.根據權利要求2所述的一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略，其特徵在於，在所述步驟三中，按如下公式計算較優的簇首比例Popt:
4.根據權利要求3所述的一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略，其特徵在於，將剩餘能量和能量消耗速度考慮在內，改進簇首選擇的閾值公式T(n)如下:
5.根據權利要求4所述的一種基於能量均衡的無線傳感網絡分簇路由策略，其特徵在
於:將距離因子
【文檔編號】H04W84/18GK103796273SQ201410025836
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】張登銀, 謝振偉 申請人:南京郵電大學