一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及路由建立方法，特别设及面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立 方法。
【背景技术】
[0002] 在目前的抄表网络中，尚没有能够同时满足网络低功耗特性（网络寿命长）、网络 稳定性和网络高吞吐量的路由算法。目前使用的树状组网路由需要额外铺设可W持续供电 的中继节点来保证电池供电的采集终端的数据传输，虽然保证了网络采集终端的低功耗特 性但是增加了建设难度，提高了铺设成本，同时并不具备较好的稳定性，一旦中继节点损坏 则W其为父节点的采集终端全部失效。动态的mesh网络大大提高了网络稳定性，但是由于 其并不采用额外铺设中继节点的方法实现，因而在低功耗性能上消耗很大，承担中继功能 的采集终端耗电很快，从而造成网络各终端耗电量的不平均。对需要电池对终端供电的无 线抄表网络而言，我们更希望网络各终端耗电量是平均的，运样节省了更换电池的频率并 符合绿色能源的需求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决树状组网路由采集终端的数据传输，不具备较好的稳定 性W及动态的mesh网络造成网络各终端耗电量的不平均的问题，而提出的一种面向抄表网 络的动态按比分簇时隙路由建立方法。
[0004] 上述的发明目的是通过W下技术方案实现的：
[0005] 步骤一、设集中器广播信号区域、集中器的位置坐标和抄表时间为t时刻，根据集 中器的各采集终端通过接收到的RSSI值确定各采集终端距离集中器的距离，将各采集终端 距离集中器的距离分层并确定分层数M;其中，集中器为全网广播；
[0006] 步骤二、根据步骤一确定的分层数M确定集中器在每层下的采集终端的数目，得到 每层最优簇头数目CHi;
[0007] 步骤=、在步骤一中划分的层数中的第i层内，利用集中器依据距离能量比的公式 计算能量距离比Rate,对采集终端Rate值进行升序排列，选出升序排列的前C出个簇头即最 优组合化 1,1<|1 = 1，2，...，1，4=1，2，...，邸1};其中^为1~(：出；
[000引步骤四、利用集中器向步骤S确定的最优组合化i,k|i = l，2,…，M，k=l，2,…， CHi}下发数据时隙表和数据信道表;其中，数据信道表为对不同的簇头分配不同的信道，所 有在此簇区内的采集终端在信道发送抄表数据；
[0009] 步骤五、在C出个簇头中，采集终端根据步骤四的下发数据时隙表和数据信道表向 与采集终端距离最近的簇头发送数据;其中，发送数据为采集终端采集的抄表数据；
[0010] 步骤六、与步骤五中采集终端距离最近的簇头将接收的数据转化为簇节点信息发 送给集中器；
[00川步骤屯，令i = 1时，执行步骤S到六，
[0012] 当i+1时，若i+KM执行步骤=至五，在分层数M中的第i+1层内，簇头出+i,k将接收采 集终端的发送的数据转化为簇节点信息发送给分层数M中的第i层中距离簇头出+i,k最近的 簇头出,k;若i =M执行停止；
[0013] 步骤八、若步骤屯中出,k不为出,k时，进入步骤九，若步骤屯中簇头出,k为出,k时，簇 头Hi,k将接收的簇节点信息发送给集中器；
[0014] 步骤九、簇头出,k将接收采集终端的发送的数据转化为簇节点信息发送给i-1层中 距离簇头出,k最近的簇头出-i,k，W此类推直到簇头出,k将接收采集终端的发送的数据转化为 簇节点信息发送给第一层中距离簇头此,k最近的簇头出,k为止，簇头Hi,k将接收的簇节点信 息发送给集中器；
[0015] 步骤十、当集中器广播信号区域中的采集终端未损坏时，抄表时间为t+1时刻时， 排除集中器广播信号区域每层中最优簇头出,k，在集中器广播信号区域剩余的采集终端中 选出Rate值升序排列的前C出个簇头，重复上述步骤S到九实现集中器接收簇节点信息。
[0016] 发明效果
[0017] 本发明旨在针对目前能量受限、传输距离受限、成本受限、位置固定不变的无线抄 表网络提出一种随时动态的分簇时隙路由建立方法，平均网络各节点能耗，延长网络整体 寿命，提高网络整体吞吐量，更符合抄表网络的应用特点和绿色能源的需求。为了验证新簇 头选取法则的效果，我利用matlab进行了测试，根据图2和图3所示的仿真曲线：
[0018] 在抄表网络中，采集终端的电池更换是需要人力解决的，考虑到人力资源成本的 问题，我们更希望采集终端的电量是平均的，即当一个节点因为电量耗尽需要更换时，此时 网络中其他节点剩余能量也即将到达枯竭，需要重新更换能源，正如图2中所表现的一样， 我们将不同算法第一个终端死亡的时隙编号和剩余能量总结成下表：
[0020] 由表中数据我们可W直观的看出动态按比分簇时隙路由较LEACH算法极大的提升 了网络寿命并平均了网络能量。
[0021] 通过动态分簇的理念，可W避免网络因部分节点损坏而造成的子节点信息无法传 送的情况，极大的提高了网络的稳定性。
【附图说明】
[0022] 图1为实施例提出的仿真区域节点分布图；
[0023] 图2为实施例提出的不同算法下存活节点数对比图；
[0024] 图3为实施例提出的不同算法下剩余能量对比图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0025] 一:本实施方式的一种面向抄表网络的动态按比分簇时隙路由建立 方法，具体是按照W下步骤制备的：
[0026] 步骤一、设集中器广播信号区域、集中器的位置坐标和抄表时间为t时刻，集中器 全网广播，根据集中器的各采集终端通过接收到的RSSI(接收信号强度)值确定各采集终端 距离集中器的距离，将各采集终端距离集中器的距离分层并确定分层数M;其中，集中器为 全网广播；
[0027] 步骤二、根据步骤一确定的分层数M确定集中器在每层下的采集终端的数目，得到 每层最优簇头数目CHi;
[0028] 步骤S、在步骤一中划分的层数中的第i层内，依据能量距离比Rate产生簇头，在 无线簇状网络的LEACH(低功耗自适应集簇分层型协议)算法中，簇头的产生是随机的，虽然 相较于静态簇头网络提升了网络寿命，但是由于簇头的随机，网络整体能量是不平均的，因 而利用集中器依据距离能量比的公式计算能量距离比Rate,对采集终端Rate值进行升序排 列，选出升序排列的前C出个簇头即最优组合化i,kli = l，2,…，1，4=1，2，。'，册};其中^为 1~C出；
[0029] 步骤四、利用集中器向步骤S确定的最优组合化i,k|i = l，2,…，M，k=l，2,…， CHi}下发数据时隙表和数据信道表;其中，数据信道表为对不同的簇头分配不同的信道，所 有在此簇区内的采集终端在信道发送抄表数据;数据信道表对于常用于低功耗无线自组网 的IE邸802.15.4协议而言，在2.4G化频段IE邸802.15.4协议具有十六个互相不重叠的信 道，让不同的簇区在相同的时间利用不同的信道发送数据，提高网络的吞吐量，信道选择是 由信道选择表来产生的，而信道选择表则由集中器生成并下发给各采集终端;数据时隙表 为集中器不同簇头分配不同的唤醒时隙，在唤醒时隙中，采集终端处于发送或接受的状态； 在不是唤醒时隙时簇头选择休眠来降低功耗，发送时隙到达后簇头被唤醒向父节点发送数 据，此时父节点也处于唤醒时隙，因而接收数据并发送；
[0030] 步骤五、在C出个簇头中，采集终端根据步骤四的下发数据时隙表和数据信道表向 与采集终端距离最近的簇头发送数据;其中，发送数据为采集终端采集的抄表数据；
[0031] 步骤六、与步骤五中采集终端距离最近的簇头将接收的数据转化为簇节点信息发 送给集中器；
[00创步骤屯，令i = 1时，执行步骤立到六，
[0033] 当i+1时，若i+KM执行步骤S至五，在分层数M中的第i+1层内，簇头出+i,k将接收采 集终端的发送的数据转化为簇节点信息发送给分层数M中的第i层中距离簇头出+i,k最近的 簇头出,k;若i =M执行停止；
[0034] 步骤八、若步骤屯中出,k不为出,k时，进入步骤九，若步骤屯中簇头出,k为出,k时，簇 头Hi,k将接收的簇节点信息发送给集中器；
[0035] 步骤九、簇头出,k将接收采集终端的发送的数据转化为簇节点信息发送给i-1层中 距离簇头出,k最近的簇头出-i,k，W此类推直到簇头出,k将接收采集终端的发送的数据转化为 簇节点信息发送给第一层中距离簇头此,k最近的簇头出,k为止，簇头Hi,k将接收的簇节点信 息发送给集中器；
[0036] 步骤十、当集中器广播信号区域中的采集终端未损坏时，簇头变更，为了保证能量 的平均，簇头是出于一定的变化之中，当抄表时间为t+1时刻时，排除集中器广播信号区域 每层中最优簇头出,k，在集中器广播信号区域剩余的采集终端中选出Rate值升序排列的前 CHi个簇头(此选出Rate值升序排列的前CHi个簇头的方法与步骤二的方法相同），重复上述 步骤=到九实现集中器接收簇节点信息；
[0037] 步骤十一、当有采集终端因损坏而脱离网络时，动态调整各网络簇头数目适应当 前环境，延长使用寿命当集中器广播信号区域具有采集终端损坏后，变更每层最优簇头数 目C出，减小能量损耗；当网络中有些节点因故障或能量问题损坏后，固定不变的C出值会导 致大量节点因当选簇头而耗费能量;在网络的整体演进中始终需要保持最优簇头比f保持 不变;重复上述步骤=到九实现集中器接收簇节点信息。
[0038] 本实施方式效果：
[0039] 本实施方式旨在针对目前能量受限、传输距离受限、成本受限、位置固定不变的无 线抄表网络提出一种随时动态的分簇时隙路由建立方法，平均网络各节点能耗，延长网络 整体寿命，提高网络整体吞吐量，更符合抄表网络的应用特点和绿色能源的需求。为了验证 新簇头选取法则的效果，我利用matlab进行了测试，根据图2和图3所示的仿真曲线：
[0040] 在抄表网络中，采集终端的电池更换是需要人力解决的，考虑到人力资源成本的 问题，我们更希望采集终端的电量是平均的，即当一个节点因为电量耗尽需要更换时，此时 网络中其他节点剩余能量也即将到达枯竭，需要重新更换能源，正如图2中所表现