一种低功耗无线传感器网络静态节点路由方法与流程

技术特征：

1.一种低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，所述无线传感器网络包括至少一个传感器节点，所述方法包括以下步骤：

S101：初始化设定所述无线传感器网络，其中，至少包括为传感器节点指定唯一id；

S102：获取所述无线传感器网络的拓扑结构信息，将拓扑结构信息发送至与该无线传感器网络对应的基站；

S103：基于所述拓扑结构信息，计算得出所述基站至所有传感器节点的最优路径，构成一最优路径集合；

S104：根据设定的筛选规则以选择所述最优路径集合中的其中一条最优路径作为工作路径，将工作路径的信息发送至该工作路径上的所有传感器节点；

S105：工作路径上出现的起始传感器节点将自身感知的数据和剩余能量，沿着工作路径转发给工作路径上的下一跳传感器节点；下一跳传感器节点融合自身的感知数据和剩余能量，再转发给接下来的下一跳传感器节点，以此类推，直至基站收到工作路径上的所有传感器节点数据；

S106：响应于基站收到工作路径上所有传感器节点的感知数据和剩余能量，更新基站所具有的拓扑结构信息中对应传感器节点的剩余能量；

S107：基于更新后的拓扑结构信息，重新计算未被收集数据的传感器节点到基站的最优路径，更新最优路径集合；

S108：重复S104至S107，直至收集完成所有传感器节点的感知数据和剩余能量。

2.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，步骤S101中，初始化设定所述无线传感器网络还包括：设置传感器节点的初始能量、设置传感器节点的数据传送最大比特位数K。

3.根据权利要求1所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，步骤S104中，根据设定的筛选规则以选择所述最优路径集合中的其中一条最优路径作为工作路径是指，

选择满足路径终节点数据未收集且路径跳数最多的最优路径作为工作路径。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，步骤S102中，获取所述无线传感器网络的拓扑结构信息，将拓扑结构信息发送至与该无线传感器网络对应的基站的方法包括以下步骤：

S201：在一设定的广播HELLO报文时间段内，所述无线传感器网络中的每个传感器节点周期性地广播一HELLO报文信息，该HELLO报文信息包括传感器节点自身的id和“HELLO”文本；

S202：收到其他传感器节点HELLO报文信息的传感器节点反馈回一回应报文RESP信息，回应报文RESP信息中包括该传感器节点自身的id和位置信息；

S203：响应于广播HELLO报文时间段结束，每个传感器节点各自生成自己的一跳邻接表，一跳邻接表中包括其所有邻居节点的id、与邻居节点的距离d；

S204：所有传感器节点将自己的一跳邻接表和剩余能量信息传送至基站；

S205：基站将收到的所有一跳邻接表进行融合，得到整个无线传感器网络的拓扑结构信息，生成网络拓扑图。

5.根据权利要求4所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，所述网络拓扑图为一个带权无向图，其被定义成TG＝(V,E,W)。其中，V是图中的节点集，是图中边集，W是边的权重集合。

6.根据权利要求5所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，所述带权无向图的格式见表1：

表1.基站生成的网络拓扑图的格式

其中，v(i)表示传感器节点编号，e(i)表示传感器节点v(i)的剩余能量，“-”表示拓扑图自身无环，d(ij)表示传感器节点v(i)和v(j)之间的距离，w(ij)表示传感器节点v(i)和v(j)之间构成边的权重，i＝1,2…n，j＝1,2…n。

7.根据权利要求6所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，根据传感器节点v(i)和v(j)的位置信息，利用欧式距离公式以计算得到d(ij)。

8.根据权利要求6所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，步骤S103中，计算得出所述基站至所有传感器节点的最优路径的方法包括以下步骤：

S301：初始化计算流程：将基站编号设定成v(0)，初始时令S＝{V(0)}，T＝{V-S}，T中传感器节点构成的边权重值满足以下条件：

若v(0)和v(i)是邻接边，w(0i)为数据从基站v(0)传输到传感器节点v(i)的能量消耗值，若能耗数值大于该节点的剩余能量，则w(0i)为无穷大；

若v(0)和v(i)不是邻接边，w(0i)为无穷大；

S302：从T中选取一个权值最小的传感器节点v(min)加入到S中，并且更新所有中转的传感器节点的剩余能量；

S303：对T中其余传感器节点的权重值进行更新：若加进v(min)作中间节点后，从v(0)到v(i)的边权重值减小，则修改其边权重值；

S304：重复上述S302至S303，直到S中包含所有的传感器节点、即V＝S时停止本次计算流程。

9.根据权利要求5所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，根据下述公式计算所述网络拓扑图中的边权重：

其中，Estart为起始传感器节点的能量消耗，Eohters为除起始传感器节点之外的传感器节点的能量消耗，ER(k)为接收数据的能量消耗，ET(k)为发送数据的能量消耗。

10.根据权利要求9所述的低功耗无线传感器网络静态节点路由方法，其特征在于，根据下述公式以计算ER(k)和ET(k)：

ER(k)＝Eelec*k

ET(k)＝Eelec*k+eamp*k*d²

其中，Eelec＝50nJ/bit,eapm＝100pJ/bit/m²，k为数据传输的bit数，d为传感器节点间的距离。