一种基于能量收集的无线传感器网络异质分簇路由方法
专利汇可以提供一种基于能量收集的无线传感器网络异质分簇路由方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 能量 收集的无线 传感器 网络的异质分簇路由方法，方法采用了“轮”的概念，每一轮开始时，网络中的传感器 节点 依据节点的类型和 阈值 门 限T(s)选举出最优数量的簇头节点，并确定簇内节点；网络分簇完毕后，簇头节点对簇内成员采集到的数据信息进行收集与融合，并沿着路由选择准则挑选出的最佳路由路径将融合后的数据发送给Sink节点，Sink节点对收集到的数据进行分析和处理后，广播告知网络中所有节点下一轮网络的运行参数，以完成当前轮，开始下一轮。本发明充分匹配了基于 能量收集 的 无线传感器网络 的特性，适用于基于能量收集的无线传感器网络，可以有效提高网络的数据吞吐量，降低网络的能量消耗。，下面是一种基于能量收集的无线传感器网络异质分簇路由方法专利的具体信息内容。
1.一种基于能量收集的无线传感器网络的异质分簇路由方法，其特征在于，该方法将网络的运行过程划分为相邻的、等长的并且互相独立的时隙，每个时隙即为一轮，每一轮包括以下步骤：
1）传感器节点依据节点类型和阈值门限T(s)选举出最优数量的簇头节点，并确定簇内节点，所述簇内节点选择距自己最近的簇头节点作为自身所属的簇头节点，成为该簇的簇内成员，一旦簇头节点被选定，则所有簇头节点使用相同的能量，采用载波侦听多路访问接入协议主动向网络中所有节点广播自己为簇头节点的消息；
所述节点类型包括普通节点与高级节点，节点类型根据上一轮确定的能量分界线来判定：节点能量大于等于能量分界线的为高级节点，小于能量分界线的为普通节点；
2）簇头节点采用时分多址的方式对簇内成员采集到的数据信息进行收集与融合，并沿着路由准则选择出的簇头节点与Sink节点间的最佳路由路径将融合后的数据发送给网络中与计算机直接相连的Sink节点，所述最佳路由路径中的中继节点均为簇头节点；
3）Sink节点对接收到的关于网络中各节点的能量信息和环境的监测信息进行统计，得到网络中各个节点的能量信息和环境熵信息，然后根据统计结果计算出优化的簇头选择概率popt、当前网络中正常工作的节点数量、倍数因子α和划分普通节点与高级节点的能量分界线，在将上述计算结果作为网络下一轮运行所需参数广播告知网络内的所有节点后，结束本轮流程，进入下一轮。
2.根据权利要求1所述的基于能量收集的无线传感器网络的异质分簇路由方法，其特征在于，所述步骤1）中，阈值门限T(s)与节点的类型、倍数因子α和上一轮中的优化的簇头选择概率popt有关：
若节点为普通节点，则阈值门限为：
若节点为高级节点，则阈值门限为：
其中，T(snrm)是普通节点采用的阈值门限，T(sadv)是高级节点所采用的阈值门限，snrm代表普通节点，sadv代表高级节点，pnrm＝popt/(1+αm)表示普通节点的簇头选择概率，padv＝popt(1+α)/(1+αm)表示高级节点的簇头选择概率，popt是上一轮中的优化的簇头选择概率，α是倍数因子，m表示预定的高级节点的比例，r是当前轮数，mod代表取模运算，G'是在此轮前1/pnrm轮中未成为簇头节点的普通节点集，G''是在此轮前1/padv轮中未成为簇头节点的高级节点集；
步骤1）中，选举最优数量的簇头节点，并确定簇内节点的方法为：网络中所有节点各自随机生成0-1之间的随机数，而后根据自身的节点类型，选择阈值门限，最后将所述阈值门限与自身生成的随机数进行比较，如果随机数大于阈值门限，则该节点为簇头节点，否则为簇内节点。
3.根据权利要求2所述的基于能量收集的无线传感器网络的异质分簇路由方法，其特
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征在于，所述步骤1）中，簇头节点的最优数量与网络所在区域的面积M、网络初始时节点的总数量n、当前轮中节点的存活率η以及与节点射频端功率放大器的功率参数相关的常数因子d0有关：若网络边长M＞d0，则簇头节点的最优数量为：
若网络边长M≤d0，则簇头节点的最优数量为：
其中，当前轮中节点的存活率η是由上一轮中统计出的正常工作节点数除以网络初始时节点的总数量n得到，即η＝nη/n。
4.根据权利要求3所述的基于能量收集的无线传感器网络的异质分簇路由方法，其特征在于，所述步骤1）中，剩余节点根据接收到的簇头节点广播信息的信号强度来判断该簇头节点与自身的距离，选择信号强度最强即距离最近的簇头节点作为自己所属的簇头节点，并以最小能量与该簇头节点通信，告知该簇头节点自己加入该簇，相应簇头节点则记录下此节点号以便此后为该节点分配通信时隙。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于能量收集的无线传感器网络的异质分簇路由方法，其特征在于，所述步骤2）中，选择最佳路由路径的路由准则为：
首先按照下式计算数据包可能经过路径中的每个簇头节点的梯度值：
其中，RSSi(receive signal strength)表示节点号为i的簇头节点中记录下的、上一轮中Sink节点广播信息的信号强度， 表示节点号为i的簇头节点中的剩余能量，它包含了电池中剩余的能量以及预测出的在未来短时间内可收集到的能量；
然后对数据包可能经过路径中的所有簇头节点的梯度值进行叠加，得到数据包可能经过路径的梯度值：Σgi；
计算完所有数据包可能经过路径的梯度值后，将满足max{Σgi}的路径，即梯度值最大的路径，作为最佳路由路径。
6.根据权利要求5所述的基于能量收集的无线传感器网络的异质分簇路由方法，其特征在于，所述步骤3）中，当前网络中正常工作的节点数量按如下方法确定：将收集到的节点的能量信息与设定的节点正常工作所需能量底限值进行比较后统计得到；
优化的簇头选择概率popt按照下式计算得到：
popt＝kopt/(nη)，
其中，ηn为当前网络中正常工作的节点数量，n为网络初始时节点的总数量，η为当前轮中节点的存活率；
普通节点与高级节点的能量分界线按如下方法划分：在将节点的能量信息从大到小排列后，按照网络预定的高级节点的比例m，确定出能量分界线；
倍数因子α按如下方法确定：以普通节点与高级节点的能量分界线为界，分别对高级节点和普通节点的能量进行平均，将高级节点的能量平均值除以普通节点的能量平均值，从而计算出倍数因子α。
一种基于能量收集的无线传感器网络异质分簇路由方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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