一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略（EBCR），其包括步骤有：把节点剩余能量、能量消耗速度以及节点与基站的距离作为选取簇首的参数，改进簇首的选择过程，使得基站附近分布更多的簇，相应的簇的面积较小，而在远离基站处产生面积更大的簇，从而实现网络能量和簇首分布的有效均衡。使用本发明方法，在小规模无线传感网络中，可以有效降低了簇首间能量消耗，均衡了网络能耗分布，有效延长网络生存周期。
【专利说明】一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线传感网络分簇路由策略，尤其涉及一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略，属于无线传感网络【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近十年来，在无线传感器网络在精细农业中的应用逐步成为研究的热点。农业环境中往往传感器节点数量多，分布密度高，节点过早的死亡会导致网络失效，缩短了网络寿命。因此，如何均衡节点的能量消耗以延长网络的生存时间是无线传感器网络在农业应用中的研究重点。由于传感器节点能量的限制，其计算、存储和通信能力都十分有限，每个节点只能获取到局部网络的信息，因而节点上的所运行的网路通信协议不能太复杂。
[0003]针对节点能量消耗不均匀的问题，现有的许多网络协议都提出了解决方法。其中LEACH、PEGASIS、HEED、、EEUC 较为典型。
[0004]LEACH:其核心思想是让每个节点轮流当选簇首，从而使得网络中的能量消耗尽可能均勻。但LEACH仍有不足之处，比如簇首节点不一定是剩余能量最大的节点、簇首节点在空间上难以均匀分布和单跳传输造成的能量消耗不均匀和不利于网络的扩展等。
[0005]PEGASIS:PEGASIS采用链式结构传输数据分组，并进行数据聚集以减少能耗，但聚集点仍为随机选择，无法保证网络能耗均衡。
[0006]HEED =HEED的簇首选举策略考虑了节点的剩余能量，但却并未考虑网络总体结构，易造成簇首能耗不均。
[0007]EEUC =EEUC算法将节点剩余能量与节点距基站的距离作为簇首选举的参考因素，并设定距离门限值，根据节点与基站的距离区分两者之间的通信方式，簇首数比LEACH算法和HEED算法更稳定，能量消耗更均匀，网络生命周期更长。但是EEUC算法涉及4个参数，需要进行人工选取，实际操作起来比较困难。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是，提出一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略(Energy-BalancedClusteringRoutingStrategyforffireIessSensorNetworks, EBCR),能够均衡网络能耗分布，延长网络生存周期。
[0009]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略,包括如下步骤:
[0010]步骤一、选定传感器能耗模型，基于所选应用场景是无线密集型传感网络，选择自由空间模型；
[0011]步骤二、参考能耗模型，计算簇首节点和非簇首节点的能量消耗，根据整个网络能耗最小的原则来求取网络较优的簇首个数；
[0012]步骤三、以该簇首个数为参考，计算出较优的簇首比例，代入改进的阈值公式中；
[0013]步骤四、每个节点都保存三个能量信息:节点当前剩余能量Eeunent，节点的初始能量Emax，上一轮开始的剩余能量Elast ;将剩余能量和能量消耗的速度考虑在内，改进簇首选择的阈值公式T(n)，确定剩余能量高和能量消耗较慢之间一个较优的比重α ；
[0014]步骤五、仿真实验确定剩余能量高和能量消耗较慢之间的比重后，将节点距基站
f D _d \
的距离因素微_ 加入到改进的阈值公式T(n)中，实现网络能量和簇首分布的有效
VΖ) -D J
、 maxmm ,均衡。
[0015]本发明提出了一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略。通过使用本发明提出的方法，可以均衡网络能耗分布，延长网络生存周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的路由策略EBCR的流程图。
[0017]图2是本发明与现有分层策略的网络剩余能量百分比的对比图。
[0018]图3是本发明与现 有分层策略的网络存活节点数量的对比图。
[0019]图4是本发明与现有分层策略的簇首节点数量的对比图。
[0020]图5是本发明与现有分层策略的节点剩余能量标准差的对比图。
[0021]图6是本发明与现有分层策略的节点每轮发送数据量的对比图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0023]图1所示是本发明的基于能量均衡的路由策略的过程，网路初始化是，基站是固定的，网络中所有的传感器节点都是同种类型并且初始能量相等。节点具有足够的计算能力，在网络部署之后第一次投入使用时，通过基站用一个较大的发送功率向网络中所有节点广播一个信号，每个传感器节点在收到此信号后，可以根据接收到信号的强度计算它与基站的近似距离。
[0024]下面给出几个新增功能的具体说明。
[0025]较优簇首数目Kopt:
R \2NZ1V
[0026]Kopt=-J——(I)
Ρ- D關"π
[0027]其中，R为区域半径，N为网络节点总数，Dfflax和Dmin分别是网络中节点到基站最大和最小的距离。
[0028]改进簇首选择的阈值公式Τ(η):把节点剩余能量、能量消耗速度以及节点与基站的距离作为选取簇首的参数，改进簇首的选择过程，T (η)的计算方式为:
【权利要求】
1.一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略，其特征在于包括如下步骤: 步骤一、选定传感器能耗模型； 步骤二、根据整个网络能耗最小的原则来求取网络较优的簇首个数； 步骤三、以该簇首个数为参考，计算出较优的簇首比例； 步骤四、将剩余能量和能量消耗速度考虑在内，改进簇首选择的阈值公式T (η)，确定剩余能量高和能量消耗较慢之间一个较优的比重α ; 步骤五、仿真实验确定剩余能量高和能量消耗速度之间的比重后，将节点与基站之间的距离参数加入到改进的阈值公式T(η)中。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略，其特征在于，在所述步骤一中选定传感器能耗模型为自由空间模型，按如下公式计算传输k-bit数据的能耗:
3.根据权利要求2所述的一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略，其特征在于，在所述步骤三中，按如下公式计算较优的簇首比例Popt:
4.根据权利要求3所述的一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略，其特征在于，将剩余能量和能量消耗速度考虑在内，改进簇首选择的阈值公式T(n)如下:
5.根据权利要求4所述的一种基于能量均衡的无线传感网络分簇路由策略，其特征在
于:将距离因子
【文档编号】H04W84/18GK103796273SQ201410025836
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】张登银, 谢振伟 申请人:南京邮电大学