专利名称：基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法
技术领域：
本发明属于通信网络技术领域，具体涉及基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法。
背景技术：
无线传感网络(Wireless sensor networks, WSN)由于其具有低功耗、低成本、自组织能力等独有的优势，被广泛的应用在社会生活的各个领域中。因为传感节点常被布置在环境复杂或无人值守区域中，不便于更换电池，因此如何节省传感器节点的能量以延长其工作时间成为WSN研究中的首要重点问题。在现有技术中，具有代表性的WSN节能路由协议主要有:最小能耗路由、基于分簇的路由和能量均衡路由。最小能耗路由的主要思想是构建从源节点到汇聚节点(B卩sink节点)能量消耗最小的路径，由于传输能耗与传输距离成正比关系，因此减少传输距离就可以减少传输能耗。基于分簇的路由中较为经典的路由协议包括低功耗自适应集簇分层型协议(LowEnergy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)以及在其基础上优化的集中式的分簇算法(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Centralized, LEACH-C)和固定族半径的分族协议等协议(HybridEnergy-Efficient Distributed Clustering,HEED),通过分族的思想减少向sink节点发送的数据来减少节点能量消耗。能量均衡路由的基本思想是通过按照节点各自的能量水平来转发路由包，增加节点的休眠时间等方式，均衡节点之间能量消耗，避免网络分割，个别节点过早死亡的问题，延长网络的生存时间。然而，在现有技术中，最小能耗路由频繁选择相同的最短路 径，会导致路径中部分节点的能量过早耗尽，出现网络分割、网络能量不均衡等问题。现有的分簇路由协议几乎把所有重心都放在关于分簇算法的研究之上，而忽视了对于怎样才能使分簇的网络优于非分簇网络的研究。已有研究表明，只有当簇头发向汇聚节点的数据远小于分簇前各簇内节点涌向簇头的信息总量时，分簇的WSN才可能比非分簇的WSN在性能方面具有绝对的优势。本发明提出的基于不规则元胞自动机模型的节能路由协议属于能量均衡路由协议。近年来，元胞自动机(Cellular Automata，CA)模型由于结构简单、便于在计算机上实现、并且能够以简单的规则揭示复杂的全局特性等优点，已成为研究WSN节能问题的重要工具。元胞自动机模型是一种空间和时间都离散的系统，系统中的所有元胞遵守相同的状态转换规则，元胞的状态由上一时刻自身和邻居的状态共同决定。CA机制通过休眠调度策略使节点按着一定的状态转换规则在休眠和工作状态之间转换，以减少节点能量消耗。然而，通常基于CA模型的路由算法都使用“生命游戏”作为状态转换规则，但根据邻居节点工作/休眠状态的节点数目来决定自身下一时刻的状态，没有考虑节点本身以及邻居节点的剩余能量等级状况，这可能会导致节点间剩余能量的不均衡。另外，通常使用的规则CA规定了网络空间是网格状的，因此限制了网络中节点的分布情况。在常规的基于规则元胞自动机模型的WSN节能路由协议中，网络节点按照网格状分布，用四元组A= {Ld, QN, f}表示元胞自动机A,则节点Ci,」的邻居
权利要求
1.基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1.将无线传感网络抽象为基于不规则元胞自动机的模型； 步骤2.元胞节点定期广播hello报文来维护路由，发送的hello报文中包含自身的剩余能量； 步骤3.当处于工作状态的节点C收到邻居节点N发来的hello报文时，检查邻居节点N是否已经在邻居表中，若不在，将邻居节点N插入到邻居表中；若在，更新邻居表中邻居节点N的剩余能量信息； 步骤4.判断节点C自身的剩余能量是否大于节点C及其邻居节点剩余能量总和的平均剩余能量，若是，则保持工作状态，进入下一个周期的基于不规则元胞自动机的无线传感网络路由过程；否则，节点C进入休眠状态时，将工作状态标志sle印flag置为0，开启休眠时间计时器； 步骤5.当休眠时间计时器达到规定的计时时间时,工作状态标志sleepflag重新置为1，进入下一个周期的基于不规则元胞自动机的无线传感网络路由过程。
2.根据权利要求1所述的基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，其特征在于:步骤I具体为:确定元胞自动机的元胞空间中元胞节点Ci, j的邻居节点\ j,元胞节点的工作状态集，以及状态转换规则函数f，即
3.根据权利要求1或2所述的基`于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，其特征在于:步骤I中具体为通过泰森多边形法确定元胞自动机的元胞空间中元胞节点的邻居节点。
4.根据权利要求3所述的基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，其特征在于:步骤I中确定元胞节点的工作状态集具体为:设Q为元胞的有限离散状态集，用00表示睡眠低能量水平状态,01表示睡眠高能量水平状态，10表示工作低能量水平状态，11表示工作高能量水平状态，即Q={Qi; j e {00，01，10,11} I (i, j) e C}。
5.根据权利要求4所述的基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，其特征在于:步骤I中确定状态转换规则函数f具体为: (1)生存规则: 如果 Q+i)+ = 10 W = OO 如果 Q:V = ii，QlPii = 11 - (2)睡眠规则:
6.根据权利要求1所述的基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，其特征在于:还包括步骤6，使用NS2网络仿真工具对基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法进行仿真实验。
全文摘要
本发明公开了一种基于不规则元胞自动机的无线传感网络的节能路由方法，属于通信网络技术领域，包括以下步骤步骤1.将无线传感网络抽象为基于不规则元胞自动机的模型；步骤2.元胞节点定期广播hello报文来维护路由；步骤3.当处于工作状态的节点C收到邻居节点N发来的hello报文时，检查邻居节点N是否已经在邻居表中；步骤4.判断节点C自身的剩余能量是否大于节点C及其邻居节点剩余能量总和的平均剩余能量。本发明在基于不规则CA模型的AODV路由协议中加入能量高效机制，均衡了各节点之间的能量消耗，避免个别节点过早死亡导致的网络分割，提高了网络的能量均衡性，延长了网络生存时间。
文档编号H04W40/10GK103249109SQ20131016920
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者于秦, 安宁, 罗俊海 申请人:电子科技大学