专利名称：基于均匀分簇和数据聚合的无线传感器网络路由方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及均匀分簇和数据聚合方法，具体是一种基于均匀分簇和数据聚合的无线传感器网络路由方法，可用于提高无线传感器网络的生命周期和网络延迟。
背景技术：
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，而无线传感器网络WSNs对物联网具有极大地推动作用，它在感知层扮演着重要的角色。无线传感器网络是指由部署在检测环境中的大量的传感器节点之间相互协作与通信所形成的网络。它的主要作用为感知、采集和处理网络覆盖区域中观测者感兴趣的信息，并发送给观测者。无线传感器网络具有广泛的应用前景，在军事、环境检测、智能交通、智能家居和医疗等方面具有重要的研究价值和意义。 传感器节点是由电池供电，电池能量极为有限，且不易充电，因此在无线传感器网络中能量受限成为考虑问题的关键之一。为了延长网络生命周期，能量高效路由设计成为了人们研究的重点。研究表明，在网络的总能量消耗中，数据传输阶段的能耗所占比重较大，从而在数据传输阶段减少能耗可以有效地延长网络的生命周期。采用数据聚合技术是解决这一问题的有效的途径，由于大量传感器节点所感知到的数据具有较强的相关性，通过数据聚合，降低数据冗余信息，减少数据包的传输，提高能量的利用率，达到延长网络生命周期的目标。除此之外，经过聚合后可以得到更加精确的数据并且能够降低传输过程中的数据包碰撞。但是，数据聚合难免会引起网络延迟增加，聚合节点要等待所有源节点将数据传送完毕后在进行数据聚合，等待时间过长将会造成很大的网络延迟。目前无线传感器网络分簇路由方法在一定程度上减少网络能耗，延长网络生命周期。但是这些方法仍然存在以下一些缺点I)在整个网络运行过程中，由于簇头数目过多导致网络的总能耗增加，簇头数目过少导致簇头能耗过大，最终引起网络节点提前失效，更重要的是，这些方法的可扩展性差，不适应网络规模的变化。2)网络没有考虑到数据传输的延迟，在簇间跳数过多时，使得数据在簇间的传输延迟增加；在簇间跳数过少时，由于簇内节点数目增多，使所有簇内节点把数据发送到簇头节点的延迟同样增大。以上这些缺陷限制了无线传感器网络的性能，导致能耗增加，生命周期缩短和网络延迟增大。影响无线传感器网络应用性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于均匀分簇和数据聚合的无线传感器网络路由方法，以避免网络簇头数目、簇间跳数偏大或偏小，实现减少能耗、延长生命周期和降低延迟，以提高无线传感器网络的性能。
本发明的技术思路是首先根据网络的最小能耗，计算网络的最小传输距离、网络的最优簇头数和簇头之间最小距离，其次利用最优簇头数目选出网络中能量较大且分布均匀的节点作为簇头，形成分簇拓扑结构，再次根据计算出节点最小传输距离，用所有簇头节点与SINK节点组成一棵以SINK节点为根的最小树作为簇间路由，最后节点采用转发传输方式将数据发送到网关SINK节点，具体实现步骤包括如下(I)在面积为S = LXL的平面区域内，随机抛撒N个同构的无线传感器节点，其中500 ^ L彡700，N = 400，并将网关节点SINK布置在网络中心，其坐标为(L/2，L/2)，该网关节点SINK用于接收并处理整个无线传感器网络收集的数据；(2)根据整个网络的最小能耗，计算网络的最小传输距离D、网络的最优簇头数K和簇头之间最小距离d
权利要求
1.一种基于均匀分簇和数据聚合的无线传感器网络路由方法，包括如下步骤 (1)在面积为s= LXL的平面区域内，随机抛撒N个同构的无线传感器节点，其中500 ^ L ^ 700，N=400，并将网关节点SINK布置在网络中心，其坐标为(L/2, L/2),该网关节点SINK用于接收并处理整个无线传感器网络收集的数据； (2)根据整个网络的最小能耗，计算网络的最小传输距离D、网络的最优簇头数K和簇头之间最小距离d
2.如权利要求I所述的方法，其中步骤⑷所述的用所有簇头节点与SINK节点组成一棵以SINK节点为根的最小树作为簇间路由，按如下步骤进行(4a)将网关SINK节点作为树的根节点，同时将所有簇头节点初始化为树外节点； (4b)根据Prim的最小树方法，每次在整个网络中选择权值最小的一个树外簇头节点加入树中，直到所有的簇头节点全部加入到树中，
3.如权利要求I所述的方法，其中步骤(5)所述的簇头节点将收集到的数据与自己感知的数据进行数据聚合，是簇头将自己感知的数据和簇内其它节点发送来的数据合并成一个数据包。
全文摘要
本发明公开了一种基于均匀分簇和数据聚合的无线传感器网络路由方法。其实现步骤是(1)根据网络中能量消耗最小，确定网络中的最小传输距离，网络中的最优簇头数，簇头之间最小距离；(2)利用最优簇头数目和簇头之间最小距离，选出网络中能量较大且分布均匀的节点作为簇头；(3)根据最小传输距离，用所有簇头节点与SINK节点组成一棵以SINK为根的最小树作为簇间路由；(4)簇内成员节点将数据发送给簇头节点，簇头节点将收集到的数据与自己感知的数据聚合成一个数据包后，沿着建立的簇间路由将数据发送给网关SINK节点。本发明与现有技术相比，具有可扩展性强、网络生命周期长、延迟低的优点，可用于实现不同规模无线传感器网络的数据收集与传输。
文档编号H04W40/24GK102769890SQ20121021314
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者陈杰, 韩峰, 齐小刚 申请人:西安电子科技大学