基于LEPS协议的双向能量均衡无线传感网路由方法

摘要

本发明提供一种基于LEPS的双向能量均衡无线传感网路由方法，该方法在LEPS路由协议的基础上增加下行路由，支持汇聚节点对其它节点的查询和控制，此外，该方法对LEPS路由协议的选路依据进行了改进，在跳数和数据链路质量的基础上引入了剩余能量，改善了网络的负载均衡。该方法增加了下行路由，实现了汇聚节点对普通节点的控制，扩展了路由协议的应用范围。下行路由的实现基于上行路由，实现简单，额外控制信息少，能够有效节约资源。将跳数、链路质量和节点剩余能量结合起来同时考虑作为父节点选择的依据，实现了同一梯度节点的负载均衡，避免个别节点因负载过重而过早失效，延长了整个网络的生命周期。

主权项

1.一种基于LEPS协议的双向能量均衡无线传感网路由方法，其中LEPS协议为链路估计与父节点选择路由协议，其特征是：包括以下步骤：第一步，建立上行路由：步骤101：节点上电后，进行网络初始化；步骤102：初始化完成后，节点周期性广播状态信息；状态信息包括节点编号，跳数，链路质量和剩余能量；步骤103：节点以跳数、链路质量和剩余能量为依据选择父节点；选择方法为首先根据跳数最小的原则选出候选父节点，当有多个候选父节点时；利用状态信息中的链路质量和剩余能量计算出传输期望值，然后根据传输期望值最大的原则从候选父节点中选出父节点；第二步，建立下行路由：步骤104：节点在选择了父节点以后，即生成一个下行路由包，下行路由包包括一个路径字段，路径字段的长度等于网络的纵深；路径字段初始化为0；步骤105：节点将下行路由包发送给父节点，父节点收到下行路由包后，在路由包的路径字段填入自己的节点编号，然后转发给该父节点的父节点；步骤106：重复步骤105，直到下行路由包转发到汇聚节点，此时，下行路由包中记录了节点到汇聚节点的路径，汇聚节点将下行路由包中的信息存入到自己的路由表中，即创建了到节点的下行路由；第三步，数据的转发：步骤107：节点产生的数据按照上行路由生成的路径逐跳上传至汇聚节点；步骤108：汇聚节点产生的命令按照路由表中的下行路径逐跳下达至目标节点；其中，步骤103中传输期望值的确定方法如下：第一步：计算链路估计值节点之间的双向链路估计值由如下公式确定：Est=SendEst×RcvEst其中，SendEst和RcvEst分别表示发送成功率和接收成功率，采用指数加权位移平均法EWMA计算最终的链路估计值，计算公式如下：EstFinal＝EstOld×α+EstNew×(1-α)其中，EstOld为上一周期计算的链路估计值，占有比为α；EstNew为本周期链路估计，占有比例为1-α；第二步：检测剩余能量剩余能量的计算公式如下：$\mathrm{ResEng}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{2^n}\times N$其中，n为ADC的精度，V_ref为基准电压，N为ADC输出寄存器里的值；第三步：链路估计值和剩余能量归一化首先对二者进行归一化，即归一化链路估计值NormEst和归一化剩余能量NormEng，计算公式如下：$\mathrm{NormEst}=\frac{\mathrm{EstFinal}}{\mathrm{MaxEst}}$$\mathrm{NormEng}=\frac{\mathrm{ResEng}}{\mathrm{RatEng}}$其中，MaxEst为链路质量的最大值，RatEng为电源额定电压；第四步：确定传输期望值传输期望值为链路估计值和剩余能量的加权平均，计算公式如下：EXT＝βNormEst+(1-β)NormEng其中，链路估计值的占有比为β，剩余能量的占有比为(1-β)。