上下文相关的非均匀分簇路由算法

摘要

本发明公开了一种上下文相关的非均匀分簇算法，克服了传统的分层路由模型将分簇与路由相互隔离的缺点，将分簇阶段的信息应用于路由形成阶段，极大的缩减了网络的准备时间以及减小了网络的能量消耗。本发明应用基于选票机制的分簇算法，优化了区域的能量消耗。使用分时反向的洪泛算法，大大节省了路由发现所消耗的能量。可以有效的应用于大规模的区域监控，并证实了其能量负载均衡，节点行为稳定，网络生存时间更长。

主权项

一种上下文相关的非均匀分簇路由算法，包括分簇阶段和路由阶段，其特征是，具体步骤为：步骤一：所有节点以d₀为半径广播一次，d₀为无线电能耗阈值；每个节点收到相应广播信息以后，计算该节点权重以及对邻居节点的投票值；每个节点广播自己的投票值，邻居节点收到投票值以后计算自己的最终得票；步骤二：如果节点的投票值是局部范围内最大的，那么节点选择自己为簇头，并且将自己的信息，包括自己的位置、剩余能量、竞争半径，通过控制帧以自己的竞争半径广播出去；步骤三：收到控制帧的节点若为簇头，该簇头将相应的信息加入到上级或者下级列表当中；若接收到控制帧的节点为普通节点，根据fitness函数和距离选择最优的簇头加入，并且发送退出选举的信息给簇头，所述退出选举的信息包含了簇头位置，剩余能量以及竞争半径；其中，fitness函数是一个适应度函数，来描述簇头的能量性质：$\mathrm{fitness}\left(v_i\right)=\frac{e_i}{{\mathrm{degree}}_i}$式中，degree_i为节点v_i的度，e_i为节点i的剩余能量，当一个节点处于多个簇头的簇半径内时，它选择适应度函数值最高的簇头加入；步骤四：步骤三中的退出选举信息还被发送至其他没有入簇的节点，收到退出选举信息但是没有入簇的节点，记录收到的相应簇头的信息，包括簇头位置，剩余能量，这些节点利用最后的邻居节点投票值增加自己的节点权重，使得在下一轮的选举中拥有更大的优先级成为簇头；步骤五：重复步骤一至步骤四，直至所有节点成为簇头或者簇成员；步骤六：所有簇头检查自己是否拥有上级列表，如果上级列表为空，那么就以n倍的竞争半径广播一次,n为大于1的实数；步骤七：与基站距离小于阈值DIS_DIRECTTO_BASE的簇头直接与基站通信，将自己的check标志置为1，到基站的跳数置为1，计算到基站的能量；然后从自己的下级列表中选择一个最大的成员距离作为广播半径通过控制帧广播一次，控制帧包含了簇头的位置、剩余能量、到基站需要的能量、到基站的跳数，阈值DIS_DIRECTTO_BASE为簇头到基站的距离；步骤八：收到步骤七中的控制帧的簇头检查自己的状态；步骤九：步骤八中的簇头检查自己的上级列表，如果所有的上级列表都已经发送过控制信息，那么该簇头设置自己的check标志位1，并且广播ROUTE_FORM_MSG控制帧，当且仅当该簇头所有的上级列表都已经发送了ROUTE_FORM_MSG以后，簇头修改自己的检查位，然后发送ROUTE_FORM_MSG控制帧，ROUTE_FORM_MSG控制帧包括该簇头的标识、该簇头的位置、该簇头的剩余能量、该簇头传输数据到基站所消耗的能量、该簇头到基站所需要的跳数；步骤十：重复步骤八至步骤九直至路由的时间段结束；步骤十一：如果簇头到路由阶段结束仍然没有上级列表，那么该簇头直接与基站通信。