CN101489275A - 基于能量均衡与距离协同中继无线传感器网络路由方法 - Google Patents

Abstract

一种基于能量均衡与距离协同中继无线传感器网络路由方法，涉及无线传感网络数据融合和路由技术，典型用于分簇路由技术。按照既定规则将无线传感网络中的传感器节点分为簇首节点、中继节点和簇内成员节点，充分均衡整个无线传感网络的能量消耗，提高能量的有效利用率；引入能量门限值LT，实现节点间角色平滑转变，节约成簇时间，降低能量消耗；簇内采用单跳通信，应用直接序列扩频DSSS，每个簇使用一个唯一的扩频码，簇内的所有节点向簇首发送数据都使用一个唯一的扩频码，有效地减小了簇间干扰。使用该方法，在保证信息数据可靠、有效、准确地传送至基站的前提下，能够达到延长网络的生存时间的目的。

Description

基于能量均衡与距离协同中继无线传感器网络路由方法

技术领域：

本发明涉及无线传感网络数据融合和网络协议领域，具体是一种基于能量均衡与距离协同中继的无线传感器网络路由方法，属于无线传感网络路由技术。

背景技术：

作为一种新的信息获取方式，无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)目前已经成为国内外的研究热点。WSNs是由大量部署在监测区域内的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给终端用户。WSNs不需要固定的网络支持，具有快速开展、抗毁性强等特点，能够广泛应用于医疗监护、环境监测、工业监视、城市交通管理、仓储管理、军事侦察、农业养殖、智能家居及空间海洋探索和灾难抢险等特殊领域。

无线传感器网络特殊的应用需求、应用场合及动态变化的网络拓扑结构，要求其软硬件必须具有鲁棒性和容错性。很多传统网络中的现有技术并不完全适用于WSNs，很多关键技术需要进一步研究与实现。其中针对无线传感网中数据冗余性大的特点，数据融合技术应运而生，而基于分簇的拓扑路由方法在数据融合中占了很大的比重。(鲁棒性是指控制系统在其特性或参数发生摄动时仍可使品质指标保持不变的性能，鲁棒性原是统计学中的一个专门术语，20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来，用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。)

目前的分簇路由机制多采用预先组态的方式确定簇头，簇内成员节点通过簇头与外界通信。这种预先确定簇头的方式中，簇头负载过重，大大增加了网络故障的风险；不能合理均衡网络负载和均衡消耗网络能量，网络生存期不长。

专利文献“基于二叉树的无线传感器网络分簇能量均衡路由确定方法”(专利申请号：200710171801.4)公开了一种基于二叉树的无线传感器网络分簇能量均衡路由方法。利用该方法，在路由建立阶段，基于能量均衡机制和节点过去的情况，使得剩余能量较大且当选次数较少的节点成为簇头的概率大大提高，簇内采用多跳通信，簇头根据到达时间的先后建立二叉树，并根据二叉树的后序遍历分配每个节点的工作时隙，有效的均衡了距离簇头较远的节点的能量消耗。

该文献所介绍的路由方法尤其适合于规模较大的无线传感器网络，但是也存在以下缺点：簇头同时担负着数据融合和数据转发两项任务，大大增加了簇头的能量消耗，必然导致簇头节点因能量过多的消耗而死亡。为此我们引入了中继节点，提出了一种新型的基于数据融合、能量均衡与距离协同中继的无线传感器网络路由方法，有效地分担了簇首节点的能量消耗，从而延长网络生存周期。

发明内容：

本发明提供了一种基于数据融合、能量均衡与距离协同中继的无线传感器网络路由方法。该方法可以在无线传感器网络中提高网络鲁棒性，均衡网络负载，获得较长的网络生存周期，从而优化网络性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于能量均衡与距离协同中继无线传感器网络路由方法，整个网络中包括随机部署的传感器节点，传感器节点被划分为若干簇，每个簇由一个簇首节点、一个中继节点和多个簇内成员节点组成，同时通过引入能量门限值LT，使得整个网络中有限的能量得以均衡消耗，传感器网络生存周期得以延长；其特征在于，步骤如下：

1、在固定的监测区域随机部署传感器节点，完成无线传感器监测网络的部署；

2、网络初始化，基站用确定功率向整个传感器节点发起广播，每个节点根据接收基站广播信号强度，计算得出节点到基站的近似距离并保存；

3、选择、确定首轮簇首，通过随机方式从传感器监测网络中选择簇首；

进行选举时，节点产生一个(0，1)间的随机数。若该随机数比T(n)小，则当选为簇首，并且发布自己是簇首的公告消息。在每轮循环中，如果节点担任过簇首，则把T(n)设置为0，保证它不会再次当选簇首节点，如果节点尚未担任过簇首，则将以概率T(n)参与选举。随着当选过簇首的节点数目的增多，剩余节点当选簇首的T(n)随之增大，产生小于T(n)的随机数的概率也随之增大，所以节点当选为簇首的概率增大。当只剩下一个节点未当选时，T(n)＝1，表示该节点无条件地成为簇首。

其中，p为期望的簇首节点在所有传感节点中的百分比；r是当前轮数；G是在最后的轮中未成为簇首节点的节点集。而T(n)实际上是在第r轮尚未成为簇首的节点成为簇首的平均概率。

4、成员节点根据通信距离选择归属的簇，建立簇；

当选为簇首的节点利用非连续性的载波多路访问(CSMA)MAC协议广播一个通告消息，这个短消息包括节点ID和消息类型；每个非簇首节点选择通信距离最小的簇首来决定所加入的簇。通信距离的大小根据从簇首节点收到的广播信号的强弱来判断。在信号强度相当的情况下，非簇首节点可以随机决定自己选择哪个簇。

每个普通节点决定其归属后，要发送一个加入请求信息(Joint-REQ)通知所选的簇首节点，该请求信息由节点ID、节点能量值、节点至基站距离信息和簇首ID构成。

5、簇首节点根据能量和距离信息，选择最优的中继节点，完成网络分簇；

簇建立之后，簇首节点从所有成员节点中选出剩余能量和距离信息协同最优者作为中继节点。

6、为簇内成员节点建立TDMA时隙调度，完成整体网络部署过程；

簇首节点收到各成员节点的请求信息后，为成员节点建立一个TDMA时间表，并把这个调度发送给其簇内成员节点。簇内成员节点及中继节点的无线通信模块在各自的传输时段外可以保持“睡眠”状态，降低了各传感器节点的能量消耗，同时减少了数据消息间的冲突。簇内节点获知具体TDMA调度后，簇的建立阶段结束，进入稳定数据通信阶段。

7、稳定数据传输过程；

无线传感器网络处于稳定数据传输阶段的时间相对较长。整个稳定阶段的时间被划分为若干帧，每个帧根据存活节点数目划分为若干个时隙。成员节点在每个帧中按照各自TDMA时隙将感知数据发送至簇首节点。如果数据在一个时隙内没有发送完，下一个时隙继续发送。一个帧内，成员节点时隙的长度的长短取决于簇内节点的数目。

为降低能量的损耗，根据接收到的簇首节点广播消息的信号强弱，每个成员节点利用能量控制机制来设置传输使用的能量大小，且在各自TDMA时隙之外，其无线传输模块—直处于关闭状态。簇首节点则保持活跃以接收成员感知数据。簇首接收到所有数据后，执行数据融合处理，强化有意义的信号，减少信号中不相关的噪声。融合后的数据由簇首传送到中继节点，再由中继节点转发至基站。

因为基站可能很远，数据消息较大，这是一个高耗能的过程。此时，网络选择多跳方式传输数据会减小网络能量消耗。设置网关节点可以充分节约有限的能量，同时分担了簇首节点的能量消耗，防止簇首节点的过快死亡。

8、新簇首及中继节点进行选举，把网络中节点的剩余能量均值作为能量门限值，通过设置能量门限值以确定新簇首及中继节点；

簇内成员节点按照TDMA调度传输最后一帧数据时，同剩余能量一并发送至簇首节点。簇首根据整个簇内的节点剩余能量计算出能量门限值，并与簇首节点及中继节点的剩余能量相比较。若簇首当前能量高于该门限值，第二轮继续担任簇首；否则在簇内选举剩余能量最大者作为下轮簇首，新的簇首节点根据位置信息和剩余能量选择中继节点。各簇首节点把第二轮的簇首ID和中继节点的ID在簇内广播簇内节点将所接收信息中的ID与自身ID相比如果相同则担任下轮簇首或中继节点。

9、返回步骤7。

以后各轮的簇首和中继节点的选举过程与第二轮相同，选举出簇首之后的成簇及数据传输过程与第一轮相同。

上述的方法中步骤4具体为，非簇首节点通常会收到来自不同簇首节点发送的ADV_CH信息，根据收到信息的信号强度，选择与自身通信距离最短的簇首，并利用非连续的CSMA/MAC协议，向所选定的簇首节点发送请求加入信息(Join-Request)，请求加入该簇。该Join-Request信息包含节点的ID，簇首ID，节点到基站的距离及剩余能量等信息。簇首节点在收到节点的请求信息后，记录该节点ID，然后发送回复信息。依此完成簇的建立。

上述的步骤5具体为，网络初始化时基站发出的广播信号，节点可以计算出其相对于基站的距离信息。根据该距离信息对传输功率进行动态控制，能用最小的传输能量将数据传输到目标节点。由图3无线传输能量模型可知，簇首与基站直接通信时，发送1比特的数据所消耗最小能量为：

E_CH-BS＝E_Tx-elec(l)+E_Tx-amp(l，d(CH，BS))

＝l*E_elec+l*ε_mp*d⁴(CH，BS)                          (1)

而当簇首经由一个中继节点作为中转，发送同样1比特的数据至基站所消耗能量为：

E_CH-RN-BS＝E_CH-RN+E_RX(l)+E_RN-BS

＝3*l*E_elec+l*ε_fs*d²(CH，RN)+l*ε_mp*d⁴(RN，BS)        (2)

考虑到发送过程中能量消耗远远大于接收耗能，故在此忽略接收数据时能量消耗于是：

E_CH-RN-BS≈l*E_elec+l*ε_fs*d²(CH，RN)+l*ε_mp*d⁴(RN，BS)(3)

可直观得到，当且仅当E_CH-BS>E_CH-RN-BS的情况下，中继转发路由机制有着比直接通信更小的能量消耗。

将式(1)和(3)代入不等式E_CH-BS>E_CH-RN-BS中，得到

ε_mp*d⁴(CH，BS)>ε_fs*d²(CH，RN)+ε_mp*d⁴(RN，BS)        (4)

在基站距离无线传感器网络足够远的情况下，d(CH，BS)趋近于0，可以由(4)式推导得出：

d(CH，BS)>d(RN，BS)                                 (5)

在一个簇内，满足该距离要求的非簇首节点即有资格被选作为中继节点。由此，以基站为圆心，d(CH，BS)为半径画圆，如图4。

由图4可以看出，分布在该簇与所画圆的重叠区域内的成员节点均满足(5)式的距离要求，即具备成为该簇的中继节点的资格。而在一般情况下，重叠域中存在着不止一个符合条件的成员节点，此时，则需要综合考虑这些备选节点的能量和位置信息，做到数据传输链路的消耗代价最低。通常，在各节点到基站的距离d(N_i，BS)相差不大时，以节点的剩余能量为主要比较依据，优先选择其中剩余能量最大者作为簇首的中继节点；进一步考虑，如果几个备选节点的剩余能量相差无几，则倾向于选择距离基站最近的节点。中继节点的选择是一个迭代过程，其迭代的次数取决于符合条件d(CH，BS)>d(RN，BS)，也即分布在图4中重叠域内的节点个数。

上述方法的步骤5还包括以下，如果在簇与圆的重叠域内没有符合条件的备选节点，则簇首将经过融合处理后的数据直接发往基站。

上述的方法中，步骤7具体包括以下步骤：簇内通信(包括成员节点到簇首的通信和簇首到中继节点的通信)和簇外通信。

步骤7中簇内通信为单跳通信，采用直接序列扩频(DSSS)，每个簇使用一个唯一的扩频码，簇内的所有节点向簇首发送数据都使用一个唯一的扩频码，簇首用扩频码来过滤所有收到的信号。通告自己位置的第一个簇首分配到预定义列表中的第一个码，通告自己位置的第二个簇首分配到预定义列表中的第二个码，依此类推。这样相邻的簇的无线电信号将被视为噪声过滤掉，因而不会和簇内节点的数据传输发生冲突；簇外通信采用固定的扩频码和载波侦听多点接入CSMA(Carrier Sense Multiple Access)，当有数据要发送时，簇首探测信道是否有别的簇正用基站扩频码进行数据传输。如果信道忙，该簇首节点就需要等待，直到当前正在进行的数据传输完毕，否则，簇首就可以使用基站的扩频码来进行数据传输。

上述方法中，步骤8所述新簇首及中继节点进行选举，把网络中节点的剩余能量均值作为能量门限值，通过设置能量门限值以确定新簇首及中继节点，步骤如下：

8.1 检查簇首的能量是否大于能量门限值，若是，则继续担任簇首，执行步骤8.4；否则，执行步骤8.2；

8.2 该簇首节点根据本簇内各个节点的剩余能量，选择剩余能量最大的作为新的簇首，把自己保存的路由信息发送给新簇首，簇首本身成为其成员节点；

8.3 新簇首向所有簇内成员广播自身ID，完成簇的部署；

8.4 检查中继节点能量是否大于能量门限值，若是，则继续担任中继节点，执行步骤8.6；否则，执行步骤8.5；

8.5 新簇首选择本簇的中继节点(见步骤5)；

8.6 新簇首为每个成员节点建立TDMA时间表；

8.7 返回执行上述步骤7。

TDMA时分制是把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息，把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。

簇是分层路由协议的概念，根据分层路由协议，网络被划分成不同簇，每一个簇由一个簇首和簇成员组成(本方法中加设了中继节点)，多个簇首形成高级的网络，簇首节点不仅负责其辖下簇内信息的收集和融合处理，还负责簇之间数据的转发。在数据传输阶段，簇内成员节点把数据发送给簇首，簇首进行融合处理后，发送至中继节点。中继节点利用多跳方式将来自簇首的数据转发至基站。

在本路由实现方法中，簇首节点的首轮选取采用随机选举方式。选举结束后，当选为簇首的节点在网络中广播一个通告消息，各非簇首节点选择通信距离最近的簇首并发送请求加入信息，该加入信息包括节点ID、簇首ID、节点的剩余能量及其距离基站的信息。簇首节点综合权衡簇内各成员节点的能量及其至基站距离，经有限次迭代，选定中继节点。最后，簇首为其簇内成员建立TDMA调度。

在稳定数据通信阶段，簇首节点需要完成数据接收、数据融合、与中继节点通信等任务，能量消耗较大；同时，中继节点与基站长距离通信也为高耗能过程。因此，每一轮运作结束都需判断是否需要选择新的簇首节点与中继节点。

在本方法中设置能量门限值LT。当前运作结束后，若簇首节点或中继节点的剩余能量高于该门限值，可继续承担原任务；若较门限值低，则在下一轮开始由该簇中的剩余能量最大的节点担任簇首，同时，新当选的簇首节点根据上述方法中步骤8的原则合理选择中继节点。如此，不需要频繁启用簇首选举及成簇实现方法，合乎要求的节点可实现角色平滑转换，节约成簇所需时间，提高网络数据传输效率。该门限值由节点当前能量与整个网络节点能量均值共同决定，这一功能由簇首节点计算完成。

一种用于上述方法的传感器节点，通过设置能量门限值可选举确定为新簇首及中继节点，其特征在于，传感器节点设置有微处理器，微处理器通过总线及数据线分别与Zigbee射频通信模块、存储器、GPS定位模块、电源模块、传感器采集模块相连接。

所述的微处理器采用8位低功耗单片机ATmega128L，具有6种不同的低耗能工作模式(除正常的工作模式外)，完成所有的计算处理工作。

所述的射频通信模块采用MC13192；所述的GPS定位模块采用TIM-LH，可以在微弱信号环境下精确定位；

所述的传感器采集模块中的传感器为温度、湿度、压力、气敏和光敏传感器中的一种或是其组合。

本发明加设中继节点，很大程度上分担簇首节点的能量消耗，均衡了整个网络的负载；引入能量门限值，实现簇首及中继节点的平滑转变，节省簇首选举及成簇所需时间；在保证数据正确送达基站的基础上，有效提高了能量利用率，增强了网络鲁棒性，延长网络生命周期。

附图说明：

图1是本发明的数据传输示意图；

图2是无线传感器节点结构示意图；

图3是无线信道能量消耗理论分析模型；

图4是中继节点的选择方法示意图；

图5是本发明成簇流程示意图；

图6是本发明基本思想示意图；

图7是本发明工作流程组成示意图。

其中，1、微处理器(MCU)，2、扩展存储器，3、ADC模块，4、传感器采集模块(温度或湿度传感器)，5、电源模块，6、Zigbee射频通信模块，7、GPS定位模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本发明传感器网络路由方法的实施例如图1、4、5、6、7所示，步骤如下：

1、在固定的监测区域随机部署传感器节点，完成无线传感器监测网络的部署；

2、网络初始化，基站用确定功率向整个传感器节点发起广播，每个节点根据接收基站广播信号强度，计算得出节点到基站的近似距离并保存；

3、选择、确定首轮簇首，通过随机方式从传感器监测网络中选择簇首；

进行选举时，节点产生一个(0，1)间的随机数。若该随机数比T(n)小，则当选为簇首，并且发布自己是簇首的公告消息。在每轮循环中，如果节点担任过簇首，则把T(n)设置为0，保证它不会再次当选簇首节点，如果节点尚未担任过簇首，则将以概率T(n)参与选举。随着当选过簇首的节点数目的增多，剩余节点当选簇首的T(n)随之增大，产生小于T(n)的随机数的概率也随之增大，所以节点当选为簇首的概率增大。当只剩下一个节点未当选时，T(n)＝1，表示该节点无条件地成为簇首。

其中，p为期望的簇首节点在所有传感节点中的百分比；r是当前轮数；G是在最后的轮中未成为簇首节点的节点集。而T(n)实际上是在第n轮尚未成为簇首的节点成为簇首的平均概率。

4、成员节点根据通信距离选择归属的簇，建立簇；

当选为簇首的节点利用非连续性的载波多路访问(CSMA)MAC协议广播一个通告消息，这个短消息包括节点ID和消息类型；每个非簇首节点选择通信距离最小的簇首来决定所加入的簇。通信距离的大小根据从簇首节点收到的广播信号的强弱来判断。在信号强度相当的情况下，非簇首节点可以随机决定自己选择哪个簇。

每个普通节点决定其归属后，要发送一个加入请求信息(Joint-REQ)通知所选的簇首节点，该请求信息由节点ID、节点能量值、节点至基站距离信息和簇首ID构成。

5、簇首节点根据能量和距离信息，选择最优的中继节点，完成网络分簇；

簇建立之后，簇首节点从所有成员节点中选出剩余能量和距离信息协同最优者作为中继节点。

6、为簇内成员节点建立TDMA时隙调度，完成整体网络部署过程；

簇首节点收到各成员节点的请求信息后，为成员节点建立一个TDMA时间表，并把这个调度发送给其簇内成员节点。簇内成员节点及中继节点的无线通信模块在各自的传输时段外可以保持“睡眠”状态，降低了各传感器节点的能量消耗，同时减少了数据消息间的冲突。簇内节点获知具体TDMA调度后，簇的建立阶段结束，进入稳定数据通信阶段。

7、稳定数据传输过程；

无线传感器网络处于稳定数据传输阶段的时间相对较长。整个稳定阶段的时间被划分为若干帧，每个帧根据存活节点数目划分为若干个时隙。成员节点在每个帧中按照各自TDMA时隙将感知数据发送至簇首节点。如果数据在一个时隙内没有发送完，下一个时隙继续发送。一个帧内，成员节点时隙的长度的长短取决于簇内节点的数目。

为降低能量的损耗，根据接收到的簇首节点广播消息的信号强弱，每个成员节点利用能量控制机制来设置传输使用的能量大小，且在各自TDMA时隙之外，其无线传输模块一直处于关闭状态。簇首节点则保持活跃以接收成员感知数据。簇首接收到所有数据后，执行数据融合处理，强化有意义的信号，减少信号中不相关的噪声。融合后的数据由簇首传送到中继节点，再由中继节点转发至基站。

因为基站可能很远，数据消息较大，这是一个高耗能的过程。此时，网络选择多跳方式传输数据会减小网络能量消耗。设置网关节点可以充分节约有限的能量，同时分担了簇首节点的能量消耗，防止簇首节点的过快死亡。

8、新簇首及中继节点进行选举，把网络中节点的剩余能量均值作为能量门限值，通过设置能量门限值以确定新簇首及中继节点；

簇内成员节点按照TDMA调度传输最后一帧数据时，同剩余能量一并发送至簇首节点。簇首根据整个簇内的节点剩余能量计算出能量门限值LT，并与簇首节点及中继节点的剩余能量相比较。若簇首当前能量高于该门限值，第二轮继续担任簇首；否则在簇内选举剩余能量最大者作为下轮簇首，新的簇首节点根据位置信息和剩余能量选择中继节点。各簇首节点把第二轮的簇首ID和中继节点的ID在簇内广播，簇内节点将所接收信息中的ID与自身ID相比，如果相同则担任下轮簇首或中继节点。

9、返回步骤7。

以后各轮的簇首和中继节点的选举过程与第二轮相同，选举出簇首之后的成簇及数据传输过程与第一轮相同。

上述方法中，步骤8所述新簇首及中继节点进行选举，把网络中节点的剩余能量均值作为能量门限值LT，通过设置能量门限值以确定新簇首及中继节点，步骤如下：

8.1 检查簇首的能量是否大于能量门限值LT，若是，则继续担任簇首，执行步骤8.4；否则，执行步骤8.2；

8.2 该簇首节点根据本簇内各个节点的剩余能量，选择剩余能量最大的作为新的簇首，把自己保存的路由信息发送给新簇首，簇首本身成为其成员节点；

8.3 新簇首向所有簇内成员广播自身ID，完成簇的部署；

8.4 检查中继节点能量是否大于能量门限值，若是，则继续担任中继节点，执行步骤8.6；否则，执行步骤8.5；

8.5 新簇首选择本簇的中继节点(见步骤5)；

8.6 新簇首为每个成员节点建立TDMA时间表；

8.7 返回执行上述步骤7。

实施例2：

本发明用于上述方法的传感器节点的实施例图2所示，传感器节点设置有微处理器1，微处理器1通过总线及数据线分别与Zigbee射频通信模块6、存储器2、GPS定位模块7、电源模块5、传感器采集模块4相连接。

所述的微处理器1采用8位低功耗单片机ATmega128L，具有6种不同的低耗能工作模式(除正常的工作模式外)，完成所有的计算处理工作；所述的Zigbee射频通信模块6采用MC13192；所述的GPS定位模块7采用TIM-LH，可以在微弱信号环境下精确定位；

所述的传感器采集模块4中的传感器为温度、湿度和压力传感器。

Claims (5)

1、一种基于能量均衡与距离协同中继无线传感器网络路由方法，整个网络中包括随机部署的传感器节点，传感器节点被划分为若干簇，每个簇由一个簇首节点、一个中继节点和多个簇内成员节点组成，同时通过引入能量门限值LT，使得整个网络中有限的能量得以均衡消耗，传感器网络生存周期得以延长；其特征在于，步骤如下：

①、在固定的监测区域随机部署传感器节点，完成无线传感器监测网络的部署；

②、网络初始化，基站用确定功率向整个传感器节点发起广播，每个节点根据接收基站广播信号强度，计算得出节点到基站的近似距离并保存；

③、选择、确定首轮簇首，通过随机方式从传感器监测网络中选择簇首；

④、成员节点根据通信距离选择归属的簇，建立簇；

⑤、簇首节点根据能量和距离信息，选择最优的中继节点，完成网络分簇；

⑥、为簇内成员节点建立TDMA时隙调度，完成整体网络部署过程；

⑦、稳定数据传输过程；

⑧、新簇首及中继节点进行选举，把网络中节点的剩余能量均值作为能量门限值，通过设置能量门限值以确定新簇首及中继节点；

⑨、返回步骤⑦。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤⑧所述新簇首及中继节点进行选举，把网络中节点的剩余能量均值作为能量门限值，通过设置能量门限值以确定新簇首及中继节点，步骤如下：

8.1 检查簇首的能量是否大于能量门限值，若是，则继续担任簇首，执行步骤8.4；否则，执行步骤8.2；

8.2 该簇首节点根据本簇内各个节点的剩余能量，选择剩余能量最大的作为新的簇首，把自己保存的路由信息发送给新簇首，簇首本身成为其成员节点；

8.3 新簇首向所有簇内成员广播自身ID，完成簇的部署；

8.4 检查中继节点能量是否大于能量门限值，若是，则继续担任中继节点，执行步骤8.6；否则，执行步骤8.5；

8.5 新簇首选择本簇的中继节点；

8.6 新簇首为每个成员节点建立TDMA时间表；

8.7 返回执行权利要求1中的步骤⑦。

3、一种用于权利要求1所述方法的传感器节点，通过设置能量门限值可选举确定为新簇首及中继节点，其特征在于，传感器节点设置有微处理器，微处理器通过总线及数据线分别与Zigbee射频通信模块、存储器、GPS定位模块、电源模块、传感器采集模块相连接。

4、如权利要求3所述的传感器节点，其特征在于，所述的微处理器采用8位低功耗单片机。

5、如权利要求3所述的传感器节点，其特征在于，所述的传感器采集模块中的传感器为温度、湿度、压力、气敏和光敏传感器中的一种或是其组合。

Images