一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法

摘要

本发明公开了一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，将节点间的位置相关性、数值相似性作为节点通信能耗大小的依据，将节点间的协同性作为节点选择簇首节点的依据。本发明首先计算任意节点与邻居节点进行通信的最小能量消耗，然后依据节点的剩余能量概率生成临时簇首节点，然后选择临时簇首节点成为最终簇首节点，然后选择最小能耗节点成为最终簇首节点，最后非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点。依据此方法能够形成簇首节点分布均匀的网络，使得成簇范围内不会存在两个或者多个簇首节点，每个簇内成员节点数目相似，簇首节点的能耗相似，簇内成员节点通信能耗低，最终实现能耗均衡、低能耗的能量有效的无线传感器网络。

主权项

1.一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于为了实现能耗均衡以及低能耗的无线传感器网络，采用了下属的处理步骤进行网络分簇：第一步，计算任意节点与所有的邻居节点进行通信的最小能量消耗任意节点A拥有多个通信能级，节点A通过变换通信能级与远近不一的邻居节点通信，即与节点A位置近的节点选择低通信能级，与节点A位置远的节点选择高通信能级；节点A与邻居节点的感知数据数值相似，以数值差值进行通信能够降低节点间的通信数据量；使用节点最小通信能耗关系式获得节点A与所有邻居节点进行通信的最小能量消耗NLC_A-cost；该节点最小通信能耗关系式为：${\mathrm{NLC}}_{A-\cos t}=\alpha \times \frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\mathrm{MinPow}}_i}{M}+\beta \times \frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{\mathrm{MinK}}_i}{M}$式中，α表示节点间位置在计算能量能耗中所占的权重，β表示节点间数值相关在计算能量消耗中所占的权重，M表示节点A的邻居节点数目，MinPow_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时使用的通信能级，MinK_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时的数值位数；第二步，依据所有节点的剩余能量概率生成临时簇首节点依据节点成为临时簇首节点的概率选择剩余能量大的节点成为临时簇首节点，任意节点A成为临时簇首节点的概率式中，C_prob表示初始成为临时簇首节点的百分比，E_residual表示节点A的剩余能量，E_max表示节点的初始能量；节点A以概率CH_A-prob成为临时簇首节点的过程为：节点A以CH_A-prob与随机数Ran_A进行比较，若CH_A-prob大于或者等于Ran_A，则节点A成为临时簇首节点；若小于，则节点A为普通节点，不成为临时簇首节点；其中，Ran_A为0与1间的一个随机数，即Ran_A＝Random(0，1)；第三步，选择临时簇首节点成为最终簇首节点判断任意临时簇首节点B的邻居节点中是否存在其他的临时簇首节点，若不存在，则声明临时簇首节点B为最终簇首节点；若存在，则在多个临时簇首节点中选取最小能耗节点成为最终簇首节点；第四步，在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点步骤4-1：对于任意不被最终簇首节点覆盖的节点C，在节点C以及节点C的邻居节点中选择通信能耗最小的节点Cmin及能耗次小的节点Csmin；步骤4-2：若节点C为通信能耗最小节点Cmin，则声明节点C为最终簇首节点；若节点C为通信能耗次小节点Csmin，则节点C监听其认为的通信能耗最小节点Cmin的广播信息；若节点C既不为通信能耗最小节点Cmin，也不为通信能耗次小节点Csmin，则节点C等待其他节点成为最终簇首节点；步骤4-3：若节点C为通信能耗次小节点Csmin，且节点C认为的最小能耗最小节点Cmin声明为最终簇首节点，则节点C等待加入簇；若Cmin不声明为最终簇首节点，且节点C不为其他能耗次小节点追随，则声明节点C为最终簇首节点，若节点C被其他能耗次小节点追随，则继续监听其他节点的广播信息；第五步，非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点步骤5-1：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点不具有协同性，则直接在邻居簇首节点中选择通信能耗最小的簇首节点作为自己加入的簇首节点；步骤5-2：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中存在簇首节点E且此簇首节点E与节点D具有协同性，则节点D选择簇首节点E作为D的簇首节点；步骤5-3：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中不存在与节点D具有协同性的簇首节点E，则节点D在协同节点中选择与簇首节点通信能耗最小的节点作为协同中转节点F，并将节点F的簇首节点作为节点D加入的簇首节点。