一种无线传感器网络层次路由协议的组簇方法

摘要

本发明涉及一种无线传感器网络路由协议成簇方法，与传统的层次路由协议的分簇方法不同，本发明对所有节点设置层次号和簇号进行标识，并计算出每层合理的簇数，设计了合理的网络拓扑结构，解决了传统路由协议的簇域分布过多，基站对网络的管理更加繁琐和复杂的问题。本发明提出的独立重建簇的方法有效地平衡簇首节点与簇内节点之间的能量消耗，有效地提高了簇头节点基站进行通信的效率，显著的延长了网络的生存周期。本发明通过辅助节点对簇首节点进行实时的监听，防止因簇首突然死亡，整个簇失去管理而造成的能量浪费。还在数据传输过程中，设计了合理的路径补救策略，有效地提高了数据传输的效率与完整性。

主权项

1.一种无线传感器网络层次路由协议的组簇方法，其特征在于，包括以下步骤：1）网络初始化a、划分层次在WSNs系统工作前，首先以基站sink为圆心，以nR为半径将监测区域分为n层，其中R为临界值，n为大于零的正整数；b、确定簇域当传感器节点被随机铺设到监测区域后，通过GPS获取每个节点的坐标信息，然后将传感器节点的坐标和能量发送给基站，由基站根据监测区域的大小和传感器节点的数量在全网进行层次和簇的划分，建立层次号和簇号；然后确定簇域，簇域是基站在传感器网络初始化分簇时规定的一个簇的大小、节点个数和分布位置；然后在每个簇中选取能量最大，且距离最近的两个节点作为簇首节点和辅助节点，如果节点的初始能量都相同，则随机选取两个距离最近的节点；随后基站把配置信息通过全网广播发送给每个节点；由于第一层次距基站较近，基站位于第1层的中心，所以在第1层中没有簇首节点，第1层中所有普通节点都与基站进行直接通信；簇域在以后网络运行中不会改变，簇的独立重建在单个簇域中进行，只更换簇首节点和辅助节点，而不会改变簇域；c、确定每层簇数簇域为扇形，其中第i层的簇域的数量NumC_i为：式中x_i为上述划分层次后第i层圆环的宽度；2）数据传输的实现a、多跳传输路径的建立簇间数据通信依靠多跳传输路径进行，除了第一层的节点直接发送数据到基站外，其它高层与基站间的数据通信要经过多跳的方式，通过桥节点将数据按照高层往低层的方向逐级跳的多跳传输路径传递到基站，桥节点只由普通节点担任，簇首节点或辅助节点不参与竞选桥节点；b、簇间路由的建立由数据通信多跳传输路径起始端所在簇的簇首节点首先广播消息Msg_FindNext至下一层，下一层的普通节点收到Msg_FindNext消息后，回传消息Msg_ElectB给上面的簇首节点，Msg_ElectB消息包含普通节点的ID、剩余能量和坐标；c、簇首节点分别计算与每个回传消息节点距离d和亲近度，亲近度是节点剩余能量PA和两节点之间的距离D的比值，选取亲近度最大的节点作为第一跳的桥节点或第一桥节点；d、簇首节点发送Msg_BeB消息给第一桥节点进行确认，第一跳的路径搭建完成；e、随后第一桥节点继续发送Msg_FindNext给再下一层，并依据亲近度寻找下一桥节点；以此类推，直到消息到达基站时，整条由起始簇首节点到基站的多跳传输路径建立成功。