适用于无线光传感器网络的拓扑形成和路由方法与流程

技术特征：

1.一种基于能量模型的无线光传感器网络的拓扑路由方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)无线光传感器网络中的每个节点利用邻居发现算法，寻找自身的邻居节点，并将找到的邻居节点储存到邻居路由表中；

(2)计算无线光传感器网络簇头节点的选举阈值T(n)：

$T\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{p}{1-p\×\left(r\mathrm{mod}\frac{1}{p}\right)}& \begin{array}{cc}if& n\∈G\end{array}\\ 0& otherwise\end{array}\right.$

其中，p为簇头节点期望的百分比，r为当前执行的轮数，G为备选节点集合；

(3)无线光传感器网络中的每个节点随机生成0到1之间的随机数，并将比簇头节点选举阈值T(n)小的随机数对应的节点作为簇头节点；

(4)每个簇头节点将包含自身信息的消息，根据邻居路由表向其不同的邻居节点广播，其中消息包含簇头节点的编号ID和位置P_i(X_i,Y_i)、其它簇头节点编号ID的集合CH_i、簇头节点与其它簇头节点之间距离的集合CHD_i、簇头节点剩余能量E₁以及簇头节点与基站之间的距离CHB_i；

(5)当簇头节点的邻居节点是簇头节点时，邻居节点将收到消息中的簇头节点编号ID添加到该邻居节点的集合CH_i中，并计算其与收到消息中的簇头节点之间的距离，再将距离值添加到该邻居节点的集合CHD_i中；

(6)当簇头节点的邻居节点是普通节点时，邻居节点检查路由表中是否存在收到消息中簇头节点的最小跳数，若是，将该最小跳数设为备选路径参数，否则，则将收到的消息添加为最短路径参数，并存储到该普通节点的路由表中；

(7)普通节点向距离自身最近的簇头节点发送请求消息，并加入到簇头节点中，实现无线光传感器网络簇结构的建立；

(8)每个簇结构中的簇头节点采用一跳或者多跳的形式，将包含自身信息的消息发送给基站；

(9)基站将接收到的各簇头节点的消息记录到基站路由表中，并从该路由表中选出各簇头节点与基站之间的距离CHB_i的最小值，并将选出的最小值对应的簇头节点作为其传输信息的下一跳簇头节点；

(10)基站的下一跳簇头节点选出其与其他簇头节点之间的距离CHB_i的最小值，并将选出的最小值对应的簇头节点作为其传输信息的下一跳簇头节点；

(11)根据步骤(10)，依次遍历所有簇头节点，直到所有簇头节点都可以获取到达基站的最优路径；

(12)无线光传感器网络的簇结构中每个簇内的所有普通节点，依据其簇头节点分派的TDMA时隙，将数据发送到相应的簇头节点；

(13)每个簇头节点按照步骤(11)获取的最优路径，将普通节点的数据发送给基站；

(14)根据无线电能量模型推导簇头节点的能量公式E₁：其中E₁表示簇头节点的剩余能量，E₀表示簇头节点的初始能量，n表示簇结构内部普通节点的个数，E_{TX_PE}(m_i)表示第i个普通节点中光电子器件所消耗的能量，m_i表示第i个普通节点所发数据的比特数，ε表示自由空间能量系数，表示普通节点激光扫描角度，d_i表示第i个普通节点距簇头节点的距离，E_R表示普通节点接收每比特数据所消耗的能量；

(15)设置无线光传感器网络簇头节点能量的阈值E_th，每个簇头节点根据推导出的能量公式E₁，将其每一时隙下自身剩余能量储存到自身节点中，当E₁值低于能量的阈值E_th时，将该簇头节点从备选节点集合G中剔除，实现无线光传感器网络的拓扑路由特性。

2.根据权利要求1所述的基于能量模型的无线光传感器网络的拓扑形成和路由方法，其特征在于：步骤(14)中所述的推导簇头节点的能量公式E₁，实现步骤为：

(14a)利用无线电能量模型E＝kdⁿ，其中k表示无线电能量模型常数，当n＝2时计算簇头节点发射数据的能量损耗E_PX：

其中，m表示发送比特数，ε表示自由空间能量系数，即传送每比特数据所损耗的能量，表示激光扫描角度，d表示传输距离；

(14b)簇头节点统计收到普通节点发送的比特总数m，并计算其对应的接收机的能量损耗E_RX：

E_RX＝mE_R

其中，E_R表示接收每比特数据所损耗的能量；

(14c)根据簇头节点发射数据的能量损耗E_PX和其对应的接收机的能量损耗E_RX，计算簇头节点的单位能量损耗E_TX：

其中，表示传感器节点发送数据所需的总能量，E_{TX_PE}(m)表示包括光电子器件编码、调制、滤波以及信号的传播的损耗能量；

(14d)簇头节点统计簇结构内部的普通节点个数n，并计算该簇头节点的剩余能量E₁：

其中，E₀表示簇头节点的初始能量。