一种无线传感器网络能量均衡的路由方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络能量均衡的路由方法，本发明的路由算法把传感器网络构成一个按最小跳数分层的网络，且使用多跳传输和直接与汇聚节点通信的混合传输策略。在多跳传输时，使用改进的基于多路径路由的最大能量路径算法。本方法利用节点直接传输和逐跳转发相结合的混合传输方式来消除sink附近区域能量消耗热点问题，在逐跳转发时采用改进的最大能量路径机制来解决局部区域的能量平衡问题，该最大能量路径机制又采用了多路径路由方式，因此，该算法很好的实现了网络全局范围内的能量均衡使用，有效的延长了网络的生命周期。

主权项

1.一种无线传感器网络能量均衡的路由方法，该无线传感器网络由一个汇聚节点和多个节点通信连接而成；其特征在于，该无线传感器网络能量均衡的路由方法包括以下步骤：1)将无线传感器网络按最小跳数分层，形成一个按最小跳数分层的网络；2)创建每一个节点的多跳路由表；每个所述的节点v维护一个路由表，表中记录可能的下一跳路由节点(u₁，u₂，…，u_n)，以及它们到汇聚节点路径的能量值(p(u₁)，p(u₂)，…，p(u_n))，并且记录p(u^*)，p(u^*)＝max(p(u₁)，p(u₂)，…，p(u_n))；汇聚节点向网络广播带h_s＝0，p(s)＝∞的路由创建消息，其中h_s表示汇聚节点的最小跳数，p(s)表示汇聚节点的能量；当节点v把节点u加入节点v的路由表的同时，也记录下节点u的路径能量p(u)；p(u)的计算公式为p(u)＝min(e(u)，p(x^*))，其中e(u)为节点u的剩余能量，p(x^*)为u的下一跳节点到汇聚节点的所有最小跳数路径的能量的最大值，同时将p(u)与p(u^*)进行比较，如果p(u)大于p(u^*)，则令p(u^*)＝p(u)；否则p(u^*)的值不变；3)计算转发概率p_i；$p_i=\frac{E\left[f_{i-1}\right]}{E\left[g_i\right]+E\left[f_i\right]},$其中，E[g_i]＝N·D_i，  N为无线传感器网络节点总数，D_i为第i层节点占总节点数的比例，E[g_i]为第i层节点发送自己产生的负载所消耗的平均能量；$E\left[f_i\right]=-{\Sigma }_{k=1}^{n-i}\frac{{\Pi }_{j=k}^{n-i+1}{a}_{n-j}}{{\Pi }_{j=k}^{n-i}{d}_{n-j}}·\left(a_{1}E\right[g_1]-a_{n-k+1}E[g_{k+1}]+a_1·E[f_1\left]\right),$其中$a_i=\frac{i^2}{2i-1},d_i=\frac{{(i+1)}^2-1}{2i+1},$E[f_i]为第i层节点转发其它层节点数据所消耗的平均能量，其中公式中的E[f₁]就是i为1时的E[f_i]，式中的n表示第n层；4)  节点i以p_i的概率向下一节点转发数据，以1-p_i的概率向汇聚节点直接发送数据；5)对路由表进行维护和更新：节点u发送数据时在数据包中加入它的更新的路径能量，利用无线通信的侦听机制，路由表中包含u的节点v更新p(u)，同时更新p(u^*)，并查看p(v)是否有所变化，如果有变化则广播带p(v)的消息，如果没有变化则什么都不做，路由表中含有v且收到广播消息的节点则做同样的检测，依次类推下去；完成对路由表的维护和更新；返回到步骤4)。