一种可充电无线传感器网络自适应分簇路由方法

摘要

本发明涉及一种可充电无线传感器网络自适应分簇路由方法，提出了一种新的分簇路由算法(CREW)，CREW由簇建立阶段和数据传输阶段组成。在簇建立阶段，CREW将整个EH‑WSNs划分成多个不均匀的簇，并利用簇首选择等待时间选择簇首。在数据传输阶段，CREW采用自适应的簇间通信机制，并提出了自适应簇首间数据传输机制，如果簇首节点的剩余能量大于该簇内所有节点的平均剩余能量，且簇首节点的能量获取效率大于能量消耗效率，那么该簇首节点就采用与Sink节点直接通信的模式进行数据传输，否则，该簇首节点将选择簇首间的多跳路由模式进行数据传输。本发明有效解决了可充电无线传感网络中节点不稳定和不均衡问题，提高了节点的剩余能量的利用率和其充电效率。

主权项

一种可充电无线传感器网络自适应分簇路由方法，其特征是：所述的可充电无线传感器网络自适应分簇路由方法包括簇建立阶段和数据传输阶段，同时针对簇首的数据传输策略，采用自适应簇首间数据传输机制，包括以下步骤：(a)簇建立阶段：(1)初始化每个节点的网络梯度值为0，节点类型为簇节点，记为CM；(2)Sink节点发出分簇信号Partion_Cluster()；(3)节点i，根据接收到的Partion_Cluster()信号强度计算节点i与Sink节点距离l_i，并根据距离l_i、剩余能量比RaRE(i)和能量收益GaE(i)更新网络梯度NetG(i)、用于竞争簇首的传输半径ATRC(i)和竞争簇首的等待时间WTC(i)；(4)将整个可充电无线传感器网络划分成多个不均匀的簇；并根据上述得到的距离l_i、剩余能量比RaRE(i)和能量收益GaE(i)更新网络梯度NetG(i)、用于竞争簇首的传输半径ATRC(i)和竞争簇首的等待时间WTC(i)将整个可充电无线传感器网分成多层，形成网络梯度NetG；处于同一梯度内的传感器节点具有相同的网络梯度值，表示NetG(i)＝m；其中，0≤m≤M，M为NetG的最大值；i为传感器节点的ID，1≤i≤|V｜，V为传感器节点的数量；具有相同的NetG值的节点区域宽度定义为网络梯度的宽度BreG；对NetG＝m，其BreG表示为：其中，L是传感器节点到Sink节点距离的最大值，α为BreG的调整参数，且0<α≤1；如果α值固定，那么m的值越小，相应的BreG_m的值也就越小；(5)比较节点i的剩余能量E_res(i)和其邻居节点的平均剩余能量如果那么该节点就成为候选簇首节点；否则，该节点就成为簇节点；(6)Sink节点发出簇首选择信号CH_Select()；(7)依据WTC(i)和ATRC(i)，选择相应的候选簇首节点当选为最终的簇首节点；(b)数据传输阶段：(8)在一个数据收集周期结束后，簇首节点i计算其剩余能量E_res(i)和该簇内所有簇节点的平均剩余能量(9)如果即簇首i的剩余能量大于该簇内所有簇节点的平均剩余能量，那么根据节点能耗模型，簇首i计算其直接发送所收集的数据到Sink节点所需要的能量(10)如果表示在直接发送数据至Sink情况下，簇首i仍然处于充电状态，那么该节点采用直接通信的方式将数据传输给Sink节点；否则，将采用多跳的方式进行数据传输。