申请/专利权人：北京工商大学

申请日：2024-03-26

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118265104A

主分类号：H04W40/02

分类号：H04W40/02;H04W40/32;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/22;H04W84/18;H04L45/00

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.28#公开

摘要：本发明提出了一种优化转发机制的分簇路由方法。由于传感器节点通常具有低能量、较高能耗的特点，研究如何使无线传感器网络实现节能高效路由非常重要。现有的路由方法多数集中在使用各类优化方法辅助路由路径选择或人为设定大量复杂规则，环境的变化会导致路由效果产生较大的波动，甚至可能需要重新设计和调优。针对这一问题，本发明提出了一种优化转发机制的分簇路由方法，首先针对簇内定义了新的簇内路由规则，其次，在簇间传输阶段制定了一种多跳转发规则。本发明在路由路径的选择过程中避免引入大量参数和参数调优的复杂过程，在不同的网络规模下均有相对较好的表现，有助于无线传感器网络更快地部署和使用，同时尽可能延长网络寿命。

主权项：1.一种优化转发机制的分簇路由方法，其特征在于：同构无线传感器网络中的节点在分簇的过程中，簇首数量定义为公式1： 其中，Nlive为网络中存活节点的数目；分簇后，簇首选举方法定义为公式2： 其中，α是能量权重系数，β是基站距离权重系数；根据能量、基站距离对网络能耗的影响不同，可以设置不同的权重系数；在死亡节点少于半数时，能量权重系数取0.4，基站距离权重系数取值为0.6，在死亡节点超过半数后，能量权重系数取0.6，基站距离权重系数取值为0.4；Ei表示节点i的剩余能量，表示簇内存活节点的平均剩余能量；dNSi表示节点i与基站之间的距离，表示本簇内的存活节点与基站之间的平均距离；Ci表示节点i的加权得分值；分别依次对每一个簇的簇内成员使用公式2计算得分，并记录每个簇中得分最高的节点的编号，使其作为簇中的簇首节点；完成分簇和簇首选举后，簇内成员开始执行在簇内转发的操作；在簇内转发阶段，每个非簇首节点均向簇首发送大小为l比特的数据包，则该过程全网络各个簇的簇内总能量消耗可表示为簇内成员的消耗和簇首融合的消耗之和，总能耗如公式3所示： 其中，n表示网络中簇首的总数，同时表示网络中的簇从1到n的顺序编号；mk表示网络中属于第k个簇的节点个数；i表示网络中属于第k个簇的第i个节点；dik表示属于第k个簇的第i个节点与所属簇的簇首的距离；Eelec表示收发数据的能耗系数，εmp表示传感器发送数据时的设备功率放大系数，Eda表示数据融合的能耗系数；簇内转发完成后开始簇间转发数据；在簇间转发阶段，簇首节点一方面负责融合收集簇内成员发送的信息，另一方面还要将这些信息再进行进一步的转发，簇首节点的任务负担往往相对普通簇内成员更多，能量消耗更快；在簇间转发阶段，对于每一个簇首，分别根据其和基站距离的远近来选择传输数据的方式；为此，定义当簇首满足公式4时簇首直接将数据发送到基站； 其中，dClusterHeadtoSink表示簇首和基站之间的距离；阈值距离do计算方法如公式5所示； 其中，Etx表示发送数据时的能耗系数；Erx表示接收数据时的能耗系数；否则，如果簇首和基站之间的距离不满足公式4，要为簇首寻找一个中继节点，并由簇首将数据发送到该中继节点后，由该中继节点进行进一步的转发；此时，首先定义用于寻找中继转发节点的圆形区域的位置，如公式6所示； 其中，xf、yf分别表示圆形区域圆心的横坐标和纵坐标；xClusterHead、yClusterHead表示簇首所在位置的横坐标和纵坐标；xSink、ySink表示基站所在位置的横坐标和纵坐标；dopt计算方法如公式7所示： 然后做以ru为半径的圆，ru计算方法如公式8所示； 其中NumNodes表示网络中总的节点数目，在网络死亡节点小于半数时将ru的取值设置为dopt2，当节点死亡过半时，节点分布趋于分散，此时增大ru取值为dopt；最后在位于以xf,yf为圆心，ru为半径的圆形区域内的所有簇首节点中选出剩余能量最高的节点作为中继转发节点，再由该中继转发节点发送数据到基站或再将数据发送到新的中继转发节点，形成多跳路由。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京工商大学 一种优化转发机制的分簇路由方法

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