CN101854666B - 一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法，属于计算机通信网络领域。本发明根据无线传感器网络中分簇路由算法和轮循环的特点，引入“区域”的概念，由汇聚节点向整个网络广播一个控制消息，各节点根据收到的信号强度确定自己所属的区域，通过区域的限制来避免相距较远的节点间直接通信。在网络轮循环过程中，当某区域选举簇头失败时网络在该区域产生补充簇头，建立簇间路由时以跨区距离的约束来自定义合适的多跳路由方案。本发明可以提高网络的生存时间，更好地平衡网络的节点能耗，均匀死亡节点的分布，也扩大协议适用的网络规模。

Description

一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中负载均衡的路由方法LEACH-CS(LEACH-Customizable Zone-Spanned)，属于计算机通信网络领域。

背景技术

在计算机网络中，路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。传统无线网络路由设计的首要目标是提供高服务质量和公平高效地利用网络带宽，能量消耗问题不是路由考虑的重点。但在无线传感器网络中，传感节点的能量和通信能力有限，网络要求路由协议高效利用能量。同时传感器网络的节点数目往往很大，节点只能获取局部拓扑结构信息，这就要求路由协议能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。有此可见，传统无线网络的路由协议已不适应于无线传感器网络环境，研究新的适用于无线传感器网络的路由协议具有重要意义。

在无线传感器网络中，传感器节点的无线通信模块即使在空闲状态下其能量消耗也与收发状态时相差无几，所以无线传感器网络引入了分簇算法来适当地关闭通信模块，降低节点的能量开销。分簇网络中节点通常被分为簇头和普通节点两类。由于簇头需要协调普通节点的工作，负责数据的融合和转发，所以能量消耗相对较大。为此，分簇算法周期性地更换簇头来均衡网络能耗。

目前，典型的分簇路由算法中，LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)是最早提出的一种基于多簇结构的无线传感器网络分簇算法，其分簇思想贯穿于后来提出的许多协议中。但是LEACH算法没有考虑节点的能量，也不能保证簇头数目和分布。当簇头与汇聚节点(sink)相距较远时，通信会消耗较多能量，造成网络能耗不均衡。

针对LEACH存在的不足，近年来，研究人员已经做了很多工作。在簇头选举的改进协议中，方案多是对阈值T(n)的改进。如将节点的剩余能量、地理位置等参数引入T(n)式中，降低低能量与位置不佳的节点被选为簇首的可能性。或将能量因素、节点连续未当选过簇首的轮次及节点的邻近数目考虑进T(n)式中。这些方法实质是降低能量少的节点成为簇头的概率，并没有真正避免节点的远距离通信。同时有的算法引入网络面积、节点个数、节点距离等参数，对网络时延，节点运算都有一定的影响。所以算法应该能够避免长距离通信，且引入的参数计算简单，满足网络寿命和计算量的实际要求。

在簇间路由的改进算法中，如在最近簇头之间建立一个多跳的通向汇聚节点的最优路径，虽算法实现简单但是不能保证较好的路由方向。或基于最小生成树理论，提出建立数据汇聚的最小能耗树，该算法在数据传输阶段能耗减小很明显，但是在建立路由时计算显得复杂。而无线传感器网络路由协议在保证高效的同时也要尽量避免在路由控制上消耗太多的能量。这些工作都得到了预期的效果，但是算法或者引入的参数较为复杂，或者每轮循环都要重复运算，这些被累积起来的能量消耗应该尽量减少。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种无线传感器网络自定义的跨区多跳路由方法LEACH-CS(LEACH-Customizable Zone-Spanned)，使网络各节点首先完成简单分区定位，之后根据分区情况执行簇头选举、成簇、簇间路由建立和数据传输的轮循环过程，着重避免网络节点能耗不均衡问题，延长网络寿命，扩大协议适用的网络规模。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法，包括如下步骤：

(1)网络初始化，汇聚节点向整个无线传感器网络广播一个控制消息，各节点判断接收到该消息的信号强度RSSI，估算与汇聚节点的距离，根据预设的区域差半径r₀来标识各节点所属区域；

(2)簇的建立，当节点产生的0～1之间的随机数小于阈值T(n)时，该节点当选簇头并广播自己是簇头的消息，非簇头节点根据收到的广播消息判断自己所属区域是否已产生簇头：若没有，则非簇头节点将自己作为簇头，并广播消息；若有，则非簇头节点选择最近的簇头发送入簇请求，簇头收到入簇请求后建立TDMA时刻表并回复各成员；

(3)路由建立，同区域簇头相互不通信，距汇聚节点大于设定的距离阈值d₀的区域的簇头向距汇聚节点最近区域的簇头发送路由请求，收到请求消息的簇头回复确认消息；当簇头距离汇聚节点在设定的距离阈值d₀范围内，则直接与汇聚节点通信；

(4)数据传输，非簇头节点收集数据，发送给所在簇的簇头节点；簇头节点对数据融合处理后交给下一跳节点，直到汇聚节点；循环(2)至(4)步至网络失效。

优选地，所述区域是以汇聚节点为圆心，以不同长度为半径形成多个同心圆，每相邻两条圆周线围成的各圆环带；

所述区域差半径r₀，为形成相邻圆周线的两个半径之差的绝对值。

优选地，所述区域差半径r₀与节点分布密度ρ的关系如下：

其中ch为簇头数，j是包含在距离阈值d₀范围内的区域个数，p为簇头百分比，π为圆周率。

优选地，所述无线传感器网络新增节点不得超过无线传感器网络平均簇成员数(1-p)/p的1/v即：

则区域差半径r₀与和v的关系的关系如下：

其中j是包含在距离阈值d₀范围内的区域个数，p为簇头百分比，π为圆周率，a为传感器节点分布在的正方形的边长。

本发明由于各节点不需要周期性地报告所属区域，只在初始化阶段判断并只告知自己自身位置，所以这样的定位能耗不仅不会给整个网络带来明显的负担而且可以基本忽略；由汇聚节点发送控制消息，可以将网络规模扩大到汇聚节点信号覆盖的范围；簇头选举采取区域自治，即当某区域没有产生簇头时，该区域某节点会自动成为簇头，对簇头均匀化分布起到补充作用；成簇时，非簇头节点打破区域的束缚，寻找距离最近的簇头入簇，节省能量；簇间路由采用跨区多跳方式，节省簇头能量消耗，推迟整个网络节点死亡时间、平均分布死亡节点；算法对r₀可实现自定义，给出区域差半径r₀与节点分布密度ρ的关系，为不同密度的网络确定r₀的值提供参考依据。

本发明具有如下优点：

1、自定义区域差半径值，理论上得到区域划分的最优方案；

2、当簇头分布明显不均匀时，产生补充簇头，使拓扑结构均匀化；

3、簇间建立多跳路由，算法简单，均衡能耗，死亡节点分布均匀；

4、将网络规模扩大到汇聚节点覆盖的范围内，适用大规模部署的网络；

5、延长了网络有效时间，缩短从第一个节点死亡到网络失效的时间；

6、保留原LEACH中关于节点自主决定是否成为簇头的特点，从而不需要全局信息，减少通信能耗。

附图说明

图1簇头跨一区多跳路由示意图。

图2MATLAB随机生成网络节点拓扑图。

图3LEACH第180轮死亡节点分布图。

图4LEACH-CS第180轮死亡节点分布图。

图5网络生存时间曲线。

图6网络总能耗曲线。

图7LEACH-CS网络流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

自定义的跨区多跳路由方法LEACH-CS

LEACH算法

LEACH协议的基本思想是以随机方式选举簇头节点，非簇头节点将传感到的数据通过相应簇头传输到汇聚节点。为防止某节点长期担任簇头而耗能过多，LEACH定义了“轮”的概念，通过轮循环将整个网络的能量负载平分到每个节点。每轮循环中，LEACH分为簇的建立和数据通信两个阶段。

在簇的建立阶段，各节点生成一个0到1之间的随机数，如果该数小于阈值T(n)，则该节点被选为簇头。T(n)的计算方法如下：

$T\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{P}{1-P\left[r\mathrm{mod}(1/P)\right]},& n\∈G\\ 0,& n\∉G\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，P是网络中簇头数占总节点数的百分比，r是选举轮数，rmod(1/P)代表这一轮循环中当选过簇头的节点个数，G是这一轮循环中未当选过簇头的节点集合。

当节点选为簇头后便主动广播这一消息。非簇头节点根据接收到的信号强度RSSI(Received Signal Strength Indicator)来决定加入哪个簇，并请求相应的簇头。当簇头收到所有簇成员发送的信息后，根据簇内节点的数量创建TDMA(Time Division Multiple Access)时刻表答复每个节点何时开始传输数据。

成簇后，稳定的数据通信阶段开始，非簇头节点将收集到的数据传输给簇头，簇头对收到的数据进行融合处理后传输给汇聚节点。持续一段时间后，网络进入新一轮循环。

由此可见，LEACH协议采用层次结构，节点不需要存储大量的路由信息，网络相对均衡地消耗能量。但通过研究发现LEACH协议也存在一些问题。

首先，簇头选举由于随机数产生的不稳定性可能导致簇头分布不合理和个数偏离期望值；

第二，簇头与汇聚节点直接通信，远离汇聚节点的簇头能耗较大，死亡较早，死亡分布不均匀；

第三，节点的通信范围有限，簇头与汇聚节点的单跳方式限制了网络覆盖范围，不适用大规模部署的网络；

第四，多次的仿真结果显示，从第一个节点死亡到网络失效经历了一段较长的时间，这一部分的能量可以更好地利用起来。

针对以上问题，下一节主要从簇头选举、非簇头节点入簇和簇间路由三个方面对LEACH进行改进，以均衡网络能耗、延长网络有效期、扩大协议适用的网络规模。

自定义的跨区多跳路由方法

一般来说，近距离节点之间的通信能耗少，通信质量也比较好。LEACH-CS协议就是通过缩短通信节点间的距离来节省能量。在无线传输中，发射功率的衰减随着传输距离的增大而呈指数衰减。在算法分析过程中，本发明采用LEACH的提出者Heinzelman W等人应用的信道传输模型，即自由空间模型和多路径衰落模型。当发送节点和接收节点之间的距离d小于某个值d₀时，采用自由空间模型，发射功率呈d²衰减；否则采用多路径衰减模型，发射功率呈d⁴衰减。模型定义无线电路发送距离为dm的l bit消息消耗的能量为：

$E_{\mathrm{Tx}}(l,d)=E_{\mathrm{Tx}-\mathrm{elec}}(l,d)+E_{\mathrm{Tx}-\mathrm{amp}}(l,d)$

$=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{lE}}_{\mathrm{elec}}+{\mathrm{l\&epsiv;}}_{\mathrm{fs}}{d}^2,& d<d_0\\ l{E}_{\mathrm{dlec}}+l{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{mp}}{d}^4,& d\&GreaterEqual;d_0\end{array}\right.---\left(2\right)$

相应地，接收这些信息消耗的能量为：

E_Rx(l，d)＝E_Rx-elec(l，d)＝lE_elec    (3)

数据融合消耗的能量为：

E_Gx(l，d)＝lE_gather                  (4)

以上式中，E_elec表示电路发送或接收1bit数据所消耗的能量；ε_fs为近距离发射放大器参数、ε_mp为远距离发射放大器参数，ε_fsd²和ε_mpd⁴为每放大1bit数据放大器消耗的能量；E_gather为每1bit数据融合处理消耗的能量；式(4)为将接收到的n个节点发送过来的n×1bit数据融合成1bit数据所消耗的能量。式(2)中的d₀由下面式子决定：

$d_0=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{fs}}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{mp}}}}---\left(5\right)$

式(2)表明合适的传输距离对于节点节省发送能量有很大帮助。LEACH-CS选择簇头间合适的传输距离的方法就是跨区多跳，其具体方案如下：

(1)网络初始化阶段，汇聚节点向整个网络广播一个控制消息，各节点判断接收到该消息的信号强度RSSI，估算与汇聚节点的距离，根据预设的r₀来标识自己所属区域；

(2)簇的建立阶段，当节点产生的0～1之间的随机数小于阈值T(n)时，该节点当选簇头并广播自己是簇头的消息，非簇头节点根据收到的广播消息判断自己所属区域是否已产生簇头。若没有，则自己作为簇头，并广播消息；若有，则采用就近原则选择最近的簇头发送入簇请求(被选的簇头不一定与自己同区域)。簇头收到入簇请求后建立TDMA时刻表并回复各成员；

(3)路由建立阶段，同区域簇头相互不通信，距汇聚节点较远区域的簇头按最近原则向距汇聚节点较近区域的簇头发送路由请求，收到请求消息的簇头回复确认消息。当簇头距离汇聚节点d₀范围内，便直接与汇聚节点通信。

值得注意的是，簇头下一跳的选择可以是相邻区、跨一区或跨更多区的最近簇头，这取决于r₀和d₀的关系。一般情况，如当r₀等于d₀时，邻区传递；当d0是r₀的两倍时，跨一区传递；当d₀是r₀的三倍时，跨两区传递等。跨区一方面提供更多距近汇聚节点d₀范围内的簇头来分担数据传输能耗，另一方面缩小区域边缘可能形成的盲区带。如图1，设定Zone1和Zone2合为α区，Zone3和Zone4合为β区，Zone5和Zone6合为γ区，且不采用跨区路由，则β、γ区按照邻区最近原则建立路由，这样本来由Zone1和Zone3中簇头中继的数据将分别由Zone2和Zone4中簇头中继，这样Zone2和Zone4区中的簇头能耗将增加，导致α、β分区一侧的节点死亡较早，形成盲区带。

(4)数据传输阶段，非簇头节点收集数据，发送给所在簇的簇头节点。簇头对数据融合处理后交给下一跳节点，直到汇聚节点。循环(2)至(4)步至网络失效。

从上述步骤中可见，由于各节点不需要周期性地报告所属区域，只在初始化阶段判断并只告知自己自身位置，所以这样的定位能耗不仅不会给整个网络带来明显的负担而且可以基本忽略。且由汇聚节点发送控制消息，可以将网络规模扩大到汇聚节点信号覆盖的范围。算法中，簇头选举采取区域自治，即当某区域没有产生簇头时，该区域某节点会自动成为簇头，对簇头均匀化分布起到补充作用；而在成簇时，非簇头节点打破区域的束缚，寻找距离最近的簇头入簇，节省能量；簇间路由采用跨区多跳方式，节省簇头能量消耗，推迟整个网络节点死亡时间、平均分布死亡节点。此外，算法对r₀可自定义，下一节将详细描述r₀与节点分布密度ρ的关系，为不同密度的网络确定r₀的值提供参考依据。

区域差半径r₀与节点分布密度ρ的关系

根据节点分布密度ρ选择合适的区域差半径r₀可以在理论上使得网络发挥更好的能效。若ρ很大r₀很小，区域数就会较多，而簇头补充会使得簇头数增加，造成不必要的簇间路由消耗，也会影响原始数据收集量；若ρ很大r₀很大，区域数不多但每区节点非常多，簇间路由负担会加大；反之，若ρ很小，则节点布局很稀疏，使用新算法的必要性就不大。所以，r₀与ρ的关系可以相互参考。

现假设传感器节点分布在一个边长为a的正方形内，如图1所示。则第i区域的面积S_i表示为：

$S_i=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{4}(2i-1)\mathrm{\&pi;}{r_0}^2,& i\&le;\frac{a}{r_0}\\ \frac{1}{4}(2i-1)\mathrm{\&pi;}{r_0}^2-(i{r}_0-a)\sqrt{{\left(i{r}_0\right)}^2-a^2},& \frac{a}{r_0}<i\&le;\frac{\sqrt{2}a}{r_0}\\ {[\sqrt{2}a-(i-1)r_0]}^2,& i>\frac{\sqrt{2}a}{r_0}\end{array}\right.---\left(6\right)$

各区域节点数n_i为：

n_i＝S_iρ      (7)

各区域簇头数CH_i为：

CH_i＝n_ip    (8)

其中p为簇头百分比。r₀的选择对近汇聚节点范围内的区域影响较大，因此由式(6)的第一种情形及式(7)、(8)得，距汇聚节点d₀范围内的簇头总数N_i为：

$N_j=\frac{1}{4}\mathrm{\&pi;\&rho;p}{r_0}^2{j}^2,$

其中j是包含在d₀范围内的区域个数，则在建立簇间路由时可选择跨(j-1)个区，即当j＝1时，邻区传递；j＝2时，跨一区传递；j＝3时，跨两区传递。特别地，当j＝0时，已不能保证区域间簇头有合适的通信距离，新算法不适合这种情形。然而随着网络布局规模的扩大，这j个区域的簇头会因接收到其它簇头传输的数据而增加较多能耗。因此，这些区域应当产生一定量的簇头数ch来分担其它区域簇头传来的数据量。由此，r₀与ρ的关系可有下式确定：

N_j＝ch

将式(9)代入上式得：

$r_0=\frac{2}{j}\sqrt{\frac{\mathrm{ch}}{\mathrm{\&pi;\&rho;p}}}---\left(10\right)$

式中ch可以根据实际情况自定义，也可以由以下方法确定：

令

N_ch＝a²ρp

N_ch表示全网络总簇头数。近汇聚节点的ch个簇头接收由其它簇头发送来的数据所消耗的能量，等同于这ch个节点新接受了簇内成员，但是必须对接受的数量加以限制。而整个网络平均簇成员数为(1-p)/p，设新增成员不得超过其1/v，v可据实际情况自定义。则有以下关系式：

$\frac{N_{\mathrm{ch}}}{\mathrm{ch}}\&le;\frac{(1/p)/p}{v}---\left(11\right)$

由式(10)和式(11)可以消去ch得：

$r_0\&GreaterEqual;\frac{2a}{j}\sqrt{\frac{\mathrm{pv}}{(1-p)\mathrm{\&pi;}}}---\left(12\right)$

至此，式(10)提供了r₀和ρ的关系，式(12)则提供了r₀和v的关系，实际环境中参考两式可使网络发挥较好的效能。

性能分析与评价

为了评估LEACH-CS算法的性能，本节通过MATLAB仿真平台下的模拟实验将其与现有的LEACH算法进行比较分析。

仿真环境及参数配置

假设200m×200m的正方形中随机分布500个节点，汇聚节点位于正方形的右上角(如图2)。具体仿真参数如表1所示。

表1仿真参数

参数类型	参数值
		传感器个数	500
传感器位置坐标范围(单位：m)	(0，0)～(200，200)
		数据包长度	4000bit
控制包长度	100bit
		电子发射消耗能量ETx	50nJ/bit
电子接收消耗能量ERx	50nJ/bit
		近距离发射放大器参数εfs	10pJ/bit/m2
远距离发射放大器参数εmp	0.0013pJ/bit/m4
		数据整合能量EDA	5nJ/bit/signal
簇的最佳个数百分比p	5％
		传感器初始能量E0	1J
距离门限d0	87.7m
		区域差半径r0	45m

由表1知，在整个网络中每轮簇头数约为25，现将这25个簇头传输的数据分担到3个或4个近汇聚节点簇头上，即ch＝3或ch＝4。将相关参数代入式(10)中，计算得表2。若以式(12)计算，则相当于v＝2或v＝3，即不得超过平均簇成员数的1/2或1/3。表2中r₀的值都是可取值，实验中取r₀＝45。

表2ch＝3和ch＝4时的r₀取值情况

p＝0.05ρ＝0.0125	ch＝3	ch＝4
			邻区/j＝1/45＜r0≤90	r0＝79	r0＝90
跨一区/j＝2/30＜r0≤45	r0＝39	r0＝45
			跨两区/j＝3/23＜r0≤30	rX＝26	r0＝30

仿真设定网络运行轮循环周期为20s，普通节点每2s收集一次数据转发给簇头，即每周期普通节点发送10次数据，簇头节点接收、融合和发送10次数据。设定LEACH和LEACH-CS的网络节点初始能量、拓扑结构一样，规定当网络中80％的节点无法工作即认为该网络不可用。

性能评价标准

仿真实验将改进的路由算法和原LEACH在相同的仿真环境和网络参数配置下进行测试。从多个方面对跨区多跳和原有方式的路由表现进行比较，具体包括：

网络寿命；

节点死亡个数和分布；

第一个节点死亡至网络无效的时间；

网络累计能耗的变化情况；

仿真结果如图3至图6及表3所示，分别对比两种协议的网络寿命、死亡节点分布和特定数量节点的死亡时间等。

表3LEACH-CS和LEACH两种协议的节点死亡状况统计

实验性能分析

图3和图4分别是LEACH协议和LEACH-CS协议在第180轮时节点死亡情况。可以看出，在网络拓扑和节点初始能量相同的情况下，LEACH-CS死亡节点个数比LEACH少，且分布均匀。图3中，LEACH簇头与汇聚节点直接通信消耗能量较大，所以距汇聚节点较远的节点都较早死亡。图4中，因LEACH-CS采用自定义分区的跨区多跳路由机制，节省了距汇聚节点较远簇头发送数据的能量，使得所有簇头发送数据消耗的能量基本接近，所以在多轮循环后大多数节点依然存活，且死亡节点分布均匀。此外，LEACH死亡节点集中造成了监测盲区，实际上已失去了监测的意义，而LEACH-CS依然能保持监测范围的普遍覆盖。

图5和图6分别是两种协议在各轮次存活节点数目和网络总能耗的曲线图。从图5可以看到，LEACH-CS明显推迟了节点死亡时间，但其曲线总体上有靠近LEACH的趋势。表2也显示了这一现象，LEACH-CS第一个节点死亡时间是LEACH的2.86倍，随着时间的推移，倍数减少，百分之八十的节点死亡时间仅为LEACH的1.06倍。这是因为在网络初期，节点能量充足，LEACH-CS簇头虽然消耗了路由控制消息的能量，但是节省下了更多的能量用于数据传输，所以节点死亡个数增长缓慢。然而到了网络后期，因节点能量所剩无几，此时的路由控制信息能耗会明显增加节点负担，加快节点死亡。但LEACH-CS总能耗变化率始终比LEACH变化小(如图6)，这说明LEACH-CS每轮循消耗的能量都是均衡的，不会因簇头距离汇聚节点远近而使网络能耗变化不定。所以LEACH-CS延长了网络有效时间，网络出现大面积监控盲区的时间短。

Claims (4)

1.一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)网络初始化，汇聚节点向整个无线传感器网络广播一个控制消息，各节点判断接收到该消息的信号强度RSSI，估算与汇聚节点的距离，根据预设的区域差半径r₀来标识各节点所属区域；

(2)簇的建立，根据现有的LEACH算法，每个节点会产生一个0～1之间的随机数和一个阈值T(n)，并比较这两个数的大小 ，其中，T(n)的计算公式由LEACH算法作出定义，即：

n是每个节点的编号，T(n)即为n号节点的阈值，P是网络中簇头数占总节点数的百分比，r是选举轮数，G是这一轮循环中未当选过簇头的节点集合，

当随机数小于T(n)时，该节点当选簇头并广播自己是簇头的消息，非簇头节点根据收到的广播消息判断自己所属区域是否已产生簇头：若没有，则非簇头节点将自己作为簇头，并广播消息；若有，则非簇头节点选择最近的簇头发送入簇请求，簇头收到入簇请求后建立TDMA时刻表并回复各成员；

(3)路由建立，同区域簇头相互不通信，距汇聚节点大于设定的距离阈值d₀的区域的簇头向距汇聚节点最近区域的簇头发送路由请求，收到请求消息的簇头回复确认消息；当簇头距离汇聚节点在设定的距离阈值d₀范围内，则直接与汇聚节点通信；

(4)数据传输，非簇头节点收集数据，发送给所在簇的簇头节点；簇头节点对数据融合处理后交给下一跳节点，直到汇聚节点；循环(2)至(4)步至网络失效。

2.根据权利要求1所述的一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法，其特征在于所述区域，是以汇聚节点为圆心，以不同长度为半径形成多个同心圆，每相邻两个同心圆的圆周线围成的各圆环带；

所述区域差半径r₀，为相邻两个同心圆的半径之差的绝对值。

3.根据权利要求1或2所述的一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法，其特征在于所述区域差半径r₀与节点分布密度ρ的关系如下：

其中ch是距离汇聚节点较近的簇头个数，j是包含在距离阈值d₀范围内的区域个数，p为簇头百分比，π为圆周率。

4.根据权利要求1所述的一种自定义的无线传感器网络跨区多跳路由方法，其特征在于所述无线传感器网络新增节点不得超过无线传感器网络平均簇成员数(1-p)/p的1/v，且可得 区域差半径r₀与v的关系，公式分别为：

其中，N_ch是全网络的总簇头数；v是自定义变量；ch是距离汇聚节点较近的簇头个数，j是包含在距离阈值d₀范围内的区域个数，p为簇头百分比，π为圆周率，a为传感器节点分布在的正方形的边长。

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