无线传感器网络中基于heed算法的错误容忍和多路径优化方法
【专利摘要】本发明公开了无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法。首先进行节点部署，节点先计算初始化参数，与邻居节点进入竞选簇头的第二阶段，确定节点自身是否应该当选簇头，之后等待一段时间twait，当收到所有的邻居节点的第二阶段完事广播消息。节点进入第三阶段，确定自己的身份。然后建立簇内路由和簇间路由。使用GG图论模型对网络中与基站通信的路由进行路径优化。本发明可以降低网络进行通信的能耗，提高网络工作的可靠性，延长网络的生存时间。
【专利说明】无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及无线传感器网络中簇头节点选择和路由路径优化的一种无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法。
【背景技术】
[0002]对于无线传感器网络，往往其中有一些会运行在比较恶劣的外部环境中，如应用于火山监测的传感网，其用来监测极端条件下火山的活动。另一方面，传感器节点携带的能源和存储资源都是受限的，在这些严酷的环境下传感器节点很容易失效。因此，无线传感器网络的生存性成为设计考虑的一个重要部分，同时也是研究无线传感器网络的关键问题之
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[0003]目前，对于建立可靠 的无线传感器网络的研究从硬件设计到软件设计，从协议栈的底层到高层，保障无线传感器网络生存的技术都在广泛的发展。其中针对建立可靠的节点间通信链路方面，主要有:在物理层上应用先进纠错编码通信技术，在链路上进行差错控制，以及在网络层上设计多路径路由等。但是与传统网络相比，无线传感器网络具有多跳，点对多，低能耗的链路通信特点，所以在网络层依靠多路径技术成为无线传感器网络的主要手段。
[0004]在无线传感器网络里数据通过内部节点以中继方式进行数据传递，路由协议应该为单个节点提供鲁棒性，防止单个节点的失效情况，同时因为无线传感器网络链路的丢包现象，路由协议要保证数据的传输不依赖单个数据包，所以依靠多路径技术同样可以带来源节点到汇聚节点间链路的可靠性。ARRIVE算法用基于拓扑结构的、树状的概率算法，获得容错性路由来预防链路的失败。但是其依靠定期洪泛的方法占用了大量的通信量，消耗资源太多。MAMP协议在HEED的基础上引进不相交多路径路由机制，提高簇间数据传送的可靠性。Ossama Younis等人继续对HEED算法进行相关的研究提出了 REED路由协议,该算法以HEED算法为分簇拓扑基础，在它基础上设计了 k-连通的具有很强鲁棒性的协议，该协议适合极其恶劣的环境。REED利用HEED基础拓扑控制算法得到k个独立的簇头集CSi, I < i < k，形成k个独立的覆盖拓扑，每个普通节点在k各独立的簇头集都有一簇头CHj, I ^ j ^ nchi, nchi为簇头集CSi的簇头数；并且REED簇内采用单跳路由，簇间采用多跳路由。这样当一个簇头集里的簇头CHj失效后，其成员节点很快可通过其他k-Ι簇头集的所属的簇头把数据转发到网络，但是REED过于复杂的成簇算法导致一部分重要的能量消耗在分簇阶段。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供能在在簇头和基站之间采取优化的多路径进行通信的一种无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:[0007]无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，包括以下几个步骤，步骤一:进行节点部署，整个网络记做S，网络节点数N= I S I，在N个节点中选择出m个簇头节点，每个普通节点gi e S-CH,(N-m)都能被一个簇头节点覆盖，CH为簇头集，(^ e CH，I≤j≤m = I CH|，每个节点按照等概率被部署到k个不同大小的带状区域Ai内，
[0008]
【权利要求】
1.无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:包括以下几个步骤， 步骤一:进行节点部署，整个网络记做S，网络节点数N= I S I，在N个节点中选择出m个簇头节点，每个普通节点gi e S-CH,(N-m)都能被一个簇头节点覆盖，CH为簇头集，(^ e CH，I≤j≤m = I CH|，每个节点按照等概率被部署到k个不同大小的带状区域Ai内，
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的带状区域Ai的竞选半径&记为带状区域Ai产生的数据量Di为:
3.根据权利要求1或2所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的本地平均剩余能量为:
4.根据权利要求1或2所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的采用GG邻近图算法形成多跳路由转发，采用以下三个步骤从节点nodej的邻居节点中选则下一跳中继节点: 第一步:选择出作为下一跳中继节点的次数不超过2次的邻居节点nodeq, 第二步:节点node」从符合第一步的邻居节点里,选出dist (CHi, nodeq)2+dist (nodeq, ηOdej)2最小的邻居节点， 第三步:节点node」从符合第二步的邻居节点里,选出剩余能量最高的邻居节点作为下一跳中继节点； 如果节点noc^的邻居节点中没有选择出下一跳中继节点则选择单跳方式生成路由。
5.根据权利要求3所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的采用GG邻近图算法形成多跳路由转发，采用以下三个步骤从节点nodej的邻居节点中选则下一跳中继节点: 第一步:选择出作为下一跳中继节点的次数不超过2次的邻居节点nodeq, 第二步:节点node」从符合第一步的邻居节点里,选出dist (CHi, nodeq)2+dist (nodeq, ηOdej)2最小的邻居节点， 第三步:节点node」从符合第二步的邻居节点里,选出剩余能量最高的邻居节点作为下一跳中继节点；如果节点noc^的邻居节点中没有选择出下一跳中继节点则选择单跳方式生成路由。
6.根据权利要求1或2所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的节点广播成为试探簇头的消息的内容格式为:节点编号NodeID,试探簇头标志tentative_CH,簇内代价EWNC,节点广播竞选簇头成功消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志final_CH，簇内代价EWNC。
7.根据权利要求3所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的节点广播成为试探簇头的消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志tentative_CH,簇内代价EWNC,节点广播竞选簇头成功消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志final_CH，簇内代价EWNC。
8.根据权利要求4所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的节点广播成为试探簇头的消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志tentative_CH,簇内代价EWNC,节点广播竞选簇头成功消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志final_CH，簇内代价EWNC。
9.根据权利要求5所述的无线传感器网络中基于HEED算法的错误容忍和多路径优化方法，其特征在于:所述的节点广播成为试探簇头的消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志tentative_CH,簇内代价EWNC,节点广播竞选簇头成功消息的内容格式为:节点编号NodelD，试探簇头标志final_CH，簇内代价EWNC。
【文档编号】H04W84/18GK103974367SQ201410216280
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】王桐, 张永红, 赵春晖, 崔颖 申请人:哈尔滨工程大学