专利名称：：基于局部网络介数的wsn能量均衡路由建立的方法
技术领域：
：本发明属于无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,简称WSN)中路由建立的方法。尤其涉及一种基于局部网络介数的WSN能量均衡路由建立的方法。
背景技术：
：无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,简称WSN)通常由数百甚至上千个的分布式传感器结点自组织成一个网络来监测某种物理现象，其低功耗和易部署的特性使其应用领域涵盖广泛，如环境监测、生产控制、智能交通和智能电网等。在很多WSN的实际应用中，网络覆盖区域广需要成千上万个传感器结点，区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达。而传感器结点靠电池供电，传感器结点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。一旦部分重要的传感器结点能量耗尽，WSN就会因网络分立而瘫痪。因此如何降低WSN结点的能耗、平衡网络能量消耗、延长网络运行寿命和防止网络分立是WSN研究的核心问题。WSN结点无线网络通信模块的状态主要包括发送状态、接收状态、侦听状态和睡眠状态。单位时间内消耗的能量按照上述顺序依次减少。因此对于WSN结点而言，其数据包发送和接收，即数据包的转发能量消耗最多。由此可见，设计能量均衡的路由、减少WSN结点数据包转发、优化WSN路由建立方法和平衡网络能量消耗是降低WSN结点的能耗和延长网络寿命的一个重要方法。WSN的能量不均衡有两方面的原因一方面是网络中事件发生的不均衡，这是不可控制的；另一方面是低能量结点转发数据总是先于高能量结点，造成能量不均衡的累积，这是可控制的。设计能量均衡路由就是解决后者能量不均衡的一个重要方法。目前WSN的能量均衡路由主要有两大类，即分布式和集中式的能量均衡路由分布式能量均衡路由是以LEACH算法为代表的一系列WSN分簇路由，其主要通过网络簇头轮换策略来均衡网络能耗，但簇头轮换和分簇的控制开销较大；集中式能量均衡路由是在集中收集到的全网拓扑和能量信息的基础上，以某种优化策略，如线性规划、蚁群优化和启发式算法等方式，找到合适路由使能量均衡达到最佳。集中式能量均衡路由在不考虑收集拓扑和能量信息的控制开销，一般会得到接近最优的优化结果，但这种集中式的控制开销会随网络规模增大而不断增大，可扩展性较差。无论是分布式还是集中式WSN能量均衡路由建立时大多假设网络结点均匀分布，而研究发现，实际无线传感器网络结点分布具有复杂网络的无尺度特性。
发明内容本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种能延长网络的生存期、提高网络传输的可靠性和网络能量均衡的基于局部网络介数的WSN能量均衡路由建立的方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是WSN中有N个结点Xi,ie[1，N-1]，结点Xi发送数据包P到目的结点destination的路由建立的方法是步骤I、如果结点Xi没有路由表routing_tabIe，则为结点Xi构造一张路由表routing_table,路由表routing_table由“目的”列和“下一跳”列组成，路由表routing_table为空。步骤2、WSN中的一个结点Xi收到数据包P时，在所述结点Xi的所有邻居结点IIi中查找目的结点destination,如果查找到目的结点destination,则将数据包P直接送达到所述目的结点destination。步骤3、如果没有查找到目的结点destination，除了上一跳邻居结点外，所述结点Xi的每个邻居结点Ili的能量代价COSti的数学模型是Costi=aCli+(I-a)bj(I)式(I)中为特征值,表示结点Xi的邻居结点Iii分别与目的结点destination之间的路径长度；α为特征值Cli的权重，ae[O,I]；bi为另一特征值，表示结点Xi的邻居结点Iii的局部网络介数，bt=~L(2)it.Hi·rai,!wf4!“bh式(2)中Od表示结点Xi的路由表routing_table中路由条目的个数；ο^ni)表示结点Xi的路由表routing_table中下一跳列为邻居结点Iii的路由条目的个数；如果所述结点Xi的路由表routing_table为空,对于所述结点Xi的邻居结点Iii的局部网络介数匕为O。步骤4、在所述结点Xi的邻居结点Iii中，将数据包P转发给能量代价Costi最小的邻居结点nmin，再从数据包P中提取出目的结点destination，然后按以下方法更新所述结点Xi的路由表routing_table如果路由表routing_table中不存在到目的结点destinaiton的路由条目，则在路由表r0Uting_table中增加一条路由条目，所述路由条目的“目的”列是目的结点destination,“下一跳”列是能量代价Costi最小的邻居结点nmin；如果路由表routing_table存在到目的结点destinaiton的路由条目，则将所述路由条目中的“下一跳”列更新为能量代价Costi最小的邻居结点nmin。步骤5、收到数据包P的能量代价Costi最小的邻居结点nmin到目的结点destination的路由建立的方法同步骤]Λ步骤4,直到数据包P到达目的结点destination。步骤6、结点Xi继续发送后续数据包P到目的结点destination的路由建立的方法同步骤广步骤5。由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果本发明通过结点局部网络介数的变化，在WSN中从结点Xi到目的结点destination之间建立多条路径进行数据传输，让更多的结点Xi来分担网络流量，避免WSN中某些结点由于承担太多的网络流量而将能量过早耗尽，导致WSN的分割或者是WSN快速崩溃。本发明采用两个特征值“路径长度d/’和“局部网络介数b/’，分别用于度量“预计需要消耗的能量”和“邻居结点的剩余能量”。邻居结点Iii到目的结点destination的路径长度越短，预计从该邻居结点Iii转发数据包P需要消耗的网络能量就越小。邻居结点Iii的局部网络介数较小，说明该邻居结点Hi上一次没有参与数据包P转发，剩余能量较大。通过所建立的能量代价COSti的数学模型，可以准确地度量出邻居结点Ili转发数据包P所消耗的能量，故结点Xi能选择出能量代价COSti最小的邻居结点Iii作为下一跳。因此，本发明该避免了一味地依靠最短路径进行数据包P传输而造成某些结点Xi过早死亡，最终导致WSN的分割或者是WSN的快速崩溃，从而延长了WSN的生存期，提高了数据包P传输的可靠性和实现能耗均衡。图I是本发明用于一种WSN结构的示意图；图2是图I的路径选择示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，并非对本发明保护范围的限制。本具体实施方式以图I所示的一种WSN结构为例，该WSN结构中结点数N为6，第I结点Xi第I次、第2次、第3次、第4次、……依次发送数据包PUP2、P3、P4……到第6结点，第6结点为目的结点destination。实施例I一种基于局部网络介数的WSN能量均衡路由建立的方法。该WSN结构的第I结点X1发送数据包Pl到目的结点destination,其路由建立的步骤是步骤I、第I结点X1没有路由表routing_table,则为第I结点X1构造一张路由表routing_table,路由表routing_table由“目的”列和“下一跳”列组成，路由表routing_table为空。步骤2、WSN中第I结点X1收到数据包Pl时，在第I结点X1的邻居结点Ii1和邻居结点n2中查找目的结点destination，第I结点X1的邻居结点Ii1为第2结点X2，第I结点X1的邻居结点n2为第4结点X4;没有查找到目的结点destination，则数据包Pl不能直接送达到所述目的结点destination。步骤3、没有查找到目的结点destination，除了上一跳邻居结点外，第I结点X1的邻居结点Ii1和邻居结点n2的能量代价Cost1和Cost2分别是权利要求1.一种基于局部网络介数的WSN能量均衡路由建立的方法，其特征在于所述WSN中有N个结点Xi,ie[I,N-1]，结点Xi发送数据包P到目的结点destination的路由建立的方法是步骤I、如果结点Xi没有路由表routing_table,则为结点Xi构造一张路由表routing_table,路由表routing_table由“目的”列和“下一跳”列组成，路由表routing_table为空;步骤2、WSN中的一个结点Xi收到数据包P时，在所述结点Xi的所有邻居结点Iii中查找目的结点destination,如果查找到目的结点destination,则将数据包P直接送达到所述目的结点destination；步骤3、如果没有查找到目的结点destination，除了上一跳邻居结点外，所述结点Xi的每个邻居结点Iii的能量代价COSti的数学模型是Costi=aCli+(I-a)bj(I)式(I)中屯为特征值,表示结点Xi的邻居结点Iii分别与目的结点destination之间的路径长度，α为特征值Cli的权重，ae[O,I]，4为另一特征值，表示结点Xi的邻居结点Hi的局部网络介数，全文摘要本发明涉及一种基于局部网络介数的WSN能量均衡路由建立的方法。其技术方案是结点Xi收到数据包P时，在结点Xi的邻居结点ni中未查到目的结点destination则按数学模型costi＝αdi+(1-α)bi度量结点Xi的每个邻居结点ni的能量代价costi。将数据包P转发给能量代价costi最小的邻居结点nmin，然后更新结点Xi的路由表routing_table，收到数据包P的邻居结点nmin到目的结点destination的路由建立的方法同上述方法，直到数据包P到达目的结点destination。结点Xi继续发送后续数据包P到目的结点destination的路由建立的方法重复上述过程。因此，本发明具有能延长网络的生存期、提高网络传输的可靠性和网络能量均衡的特点。文档编号H04W84/18GK102781063SQ201210275270公开日2012年11月14日申请日期2012年8月3日优先权日2012年8月3日发明者方康玲,李晓卉,陈和平,黄中海申请人:武汉科技大学