CN102014455A - 一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，将节点间的位置相关性、数值相似性作为节点通信能耗大小的依据，将节点间的协同性作为节点选择簇首节点的依据。本发明首先计算任意节点与邻居节点进行通信的最小能量消耗，然后依据节点的剩余能量概率生成临时簇首节点，然后选择临时簇首节点成为最终簇首节点，然后选择最小能耗节点成为最终簇首节点，最后非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点。依据此方法能够形成簇首节点分布均匀的网络，使得成簇范围内不会存在两个或者多个簇首节点，每个簇内成员节点数目相似，簇首节点的能耗相似，簇内成员节点通信能耗低，最终实现能耗均衡、低能耗的能量有效的无线传感器网络。

Description

一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的层次式分簇路由的簇首选择及簇组织方法，更特别地说，是指一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法。该分簇路由方法实现了能量有效的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，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，并发送给观察者。无线传感器网络广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。

无线传感器网络中节点的能量资源、计算能力和带宽都非常有限，而且无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成，这些节点通常安置在人类无法进入的环境。这就决定了无线传感器网络的设计都必须以能源有效为首要的设计要素。无线传感器网络的路由技术是无线传感器网络领域的研究热点，目前，也已经有很多适用于无线传感器网络的路由协议。其中，分簇路由是很重要的一种无线传感器网络路由协议。分簇路由协议，是将传感器网络分成若干个局部区域，即所谓的簇，一个簇中有一个簇首节点及多个簇内成员节点，当簇内的任意一个成员节点要发送数据时，都首先发送给簇首节点，并由簇首节点进行转发。

能量有效的无线传感器网络是指在网络中所有节点的能耗均衡，单个节点的能耗小，网络的使用寿命长。在分簇路由协议中，由于簇首节点需要转发簇内所有节点的数据，簇首节点的能量消耗就比普通节点大得多，因此，在分簇路由协议中，需要采取一定的策略均衡所有节点的能耗，并降低节点的能耗，延长网络的生存时间，实现能量有效的网络。

无线传感器网络中的节点不是各自独立的，其表现出比较强的相关性：节点位置相关性，节点间位置远近与通信能耗成正比；节点数值相似性，临近节点的感知数值差异较小；节点协同性，必须多个节点共同合作、共同感知才能产生有价值的信息。在同一簇内的相关节点产生的簇内数据通信量小，并能够提升簇首节点数据融合的效率，减少簇首节点的数据发送量，因此，能够降低网络的整体能量能耗。当前的大多数分簇路由方法在进行分簇时一般只选用剩余能量作为分簇因素，没有加入节点间的相关性因素，网络能量消耗较大，生存时间较短。因此，将节点间的相关性加入到无线传感器网络分簇方法中能够进一步减少网络的能量消耗，延长网络的生存时间。

发明内容

为了实现能量有效的无线传感器网络，本发明提供一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法。该分簇路由方法将节点间的位置相关性、数值相似性以及协同性加入至分簇路由方法中，选取分布均匀的簇首节点，选取通信能耗低的簇内成员节点加入簇。该方法在实现时，第一方面依据节点位置相关性和节点数值相似性计算任意节点与邻居节点间的通信能耗；第二方面依据节点的剩余能量概率生成临时簇首节点；第三方面依据节点的通信能耗选择临时簇首节点成为最终簇首节点；第四方面依据节点的通信能耗选择最小能耗节点成为最终簇首节点；第五方面依据节点的通信能耗以及节点间的协同性选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为节点的簇首节点。该分簇路由方法实现了无线传感器网络中的能量有效，降低了簇内成员节点的数据发送量，降低了簇首节点的数据转发量，实现了所有簇首节点的能耗相似，从而形成了能量有效的无线传感器网络。

本发明的一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，为了实现能耗均衡以及低能耗的无线传感器网络，采用了下属的处理步骤进行网络分簇：

第一步，计算任意节点与所有的邻居节点进行通信的最小能量消耗

任意节点A拥有多个通信能级，节点A通过变换通信能级与远近不一的邻居节点通信，即与节点A位置近的节点选择低通信能级，与节点A位置远的节点选择高通信能级。节点A与邻居节点的感知数据数值相似，以数值差值进行通信能够降低节点间的通信数据量。使用节点最小通信能耗关系式获得节点A与所有邻居节点进行通信的最小能量消耗NLC_A-cost；

该节点最小通信能耗关系式为：

${\mathrm{NLC}}_{A-\cos t}=\mathrm{\α}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinPow}}_i}{M}+\mathrm{\β}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinK}}_i}{M}$

式中，α表示节点间位置在计算能量能耗中所占的权重，β表示节点间数值相关在计算能量消耗中所占的权重，M表示节点A的邻居节点数目，MinPow_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时使用的通信能级，MinK_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时的数值位数。

第二步，依据所有节点的剩余能量概率生成临时簇首节点

依据节点成为临时簇首节点的概率选择剩余能量大的节点成为临时簇首节点，任意节点A成为临时簇首节点的概率式中，C_prob表示初始成为临时簇首节点的百分比，E_residual表示节点A的剩余能量，E_max表示节点的初始能量。节点A以概率CH_A-prob成为临时簇首节点的过程为：节点A以CH_A-prob与随机数Ran_A进行比较，若CH_A-prob大于或者等于Ran_A，则节点A成为临时簇首节点；若小于，则节点A为普通节点，不成为临时簇首节点。其中，Ran_A为0与1间的一个随机数，即Ran_A＝Random(0，1)。

第三步，选择临时簇首节点成为最终簇首节点

判断任意临时簇首节点B的邻居节点中是否存在其他的临时簇首节点，若不存在，则声明临时簇首节点B为最终簇首节点；若存在，则在多个临时簇首节点中选取最小能耗节点成为最终簇首节点。

第四步，在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点

步骤4-1：对于任意不被最终簇首节点覆盖的节点C，在节点C以及节点C的邻居节点中选择通信能耗最小的节点Cmin及能耗次小的节点Csmin；

步骤4-2：若节点C为通信能耗最小节点Cmin，则声明节点C为最终簇首节点；若节点C为通信能耗次小节点Csmin，则节点C监听其认为的通信能耗最小节点Cmin的广播信息；若节点C既不为通信能耗最小节点Cmin，也不为通信能耗次小节点Csmin，则节点C等待其他节点成为最终簇首节点；

步骤4-3：若节点C为通信能耗次小节点Csmin，且节点C认为的最小能耗最小节点Cmin声明为最终簇首节点，则节点C等待加入簇；若Cmin不声明为最终簇首节点，且节点C不为其他能耗次小节点追随，则声明节点C为最终簇首节点，若节点C被其他能耗次小节点追随，则继续监听其他节点的广播信息。

第五步，非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点

步骤5-1：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点不具有协同性，则直接在邻居簇首节点中选择通信能耗最小的簇首节点作为自己加入的簇首节点；

步骤5-2：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中存在簇首节点E且此簇首节点E与节点D具有协同性，则节点D选择簇首节点E作为D的簇首节点；

步骤5-3：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中不存在与节点D具有协同性的簇首节点E，则节点D在协同节点中选择与簇首节点通信能耗最小的节点作为协同中转节点F，并将节点F的簇首节点作为节点D加入的簇首节点。

本发明的一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法的优点在于：

(1)该发明中的分簇路由方法降低了簇内节点与簇首节点通信的数据量，提升了簇首节点数据融合的效率，降低了簇首节点的数据转发量，降低了网络的整体能耗，且选择了分布均匀的簇首节点，均衡了簇首节点的能耗，避免了个别节点的过快死亡，延长了节点的生存时间；

(2)本发明引入节点位置相关性，一方面降低了簇内成员节点与簇首节点间的通信能耗，提升了节点的使用寿命；另一方面均衡了簇首节点的负担，避免了个别节点的能耗过快；

(3)本发明引入节点数值相似性，降低了簇内成员节点与簇首节点间的通信数据量，降低了节点的通信能耗；

(4)本发明中引入节点协同性，提升了簇首节点的数据融合效率，降低了簇首节点的数据转发量，降低了节点的通信能耗。

附图说明

图1是本发明基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法的整体流程图。

图2是本发明中处理过程MNCH的流程图。

图3是本发明中节点在选择加入通信能耗最小簇首节点的流程图。

图4是使用本发明所述的分簇路由方法实现的簇首节点分布效果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，依据节点间的位置相关性、数值相似性、协同性将无线传感器网络分成能耗均衡的簇，且使得节点通信低能耗。

第一步，计算任意节点与所有的邻居节点进行通信的最小能量消耗

任意节点A拥有多个通信能级，节点A通过变换通信能级与远近不一的邻居节点通信，即与节点A位置近的节点选择低通信能级，与节点A位置远的节点选择高通信能级。节点A与邻居节点的感知数据数值相似，以数值差值进行通信能够降低节点间的通信数据量。使用节点最小通信能耗关系式获得节点A与所有邻居节点进行通信的最小能量消耗NL C_A-cost；

该节点最小通信能耗关系式为：

${\mathrm{NLC}}_{A-\cos t}=\mathrm{\α}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinPow}}_i}{M}+\mathrm{\β}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinK}}_i}{M}$

式中，α表示节点间位置在计算能量能耗中所占的权重，β表示节点间数值相关在计算能量消耗中所占的权重，M表示节点A的邻居节点数目，MinPow_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时使用的通信能级，MinK_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时的数值位数。

第二步，依据所有节点的剩余能量概率生成临时簇首节点

依据节点成为临时簇首节点的概率选择剩余能量大的节点成为临时簇首节点，任意节点A成为临时簇首节点的概率式中，C_prob表示初始成为临时簇首节点的百分比，E_residual表示节点A的剩余能量，E_max表示节点的初始能量。节点A以概率CH_A-prob成为临时簇首节点的过程为：节点A以CH_A-prob与随机数Ran_A进行比较，若CH_A-prob大于或者等于Ran_A，则节点A成为临时簇首节点；若小于，则节点A为普通节点，不成为临时簇首节点。其中，Ran_A为0与1间的一个随机数，即Ran_A＝Random(0，1)。

第三步，选择临时簇首节点成为最终簇首节点

判断任意临时簇首节点B的邻居节点中是否存在其他的临时簇首节点，若不存在，则声明临时簇首节点B为最终簇首节点；若存在，则在多个临时簇首节点中选取最小能耗节点成为最终簇首节点。

在本发明中，如图1所示，对于任意节点A的分簇流程按照如下所述步骤进行：

步骤101：节点A感知周围邻居节点，计算、广播与周围邻居节点间进行通信的最小能量消耗NLC_A-cost，转至步骤102；

该节点最小通信能耗关系式为：

${\mathrm{NLC}}_{A-\cos t}=\mathrm{\α}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinPow}}_i}{M}+\mathrm{\β}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinK}}_i}{M}$

式中，α表示节点间位置在计算能量能耗中所占的权重，β表示节点间数值相关在计算能量消耗中所占的权重，M表示节点A的邻居节点数目，MinPow_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时使用的通信能级，MinK_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时的数值位数；

步骤102：计算节点A成为临时簇首节点的概率，并随机生成临时簇首节点，转至步骤102-1；

节点A成为临时簇首节点的概率CH_A-prob为：

${\mathrm{CH}}_{A-\mathrm{prob}}=C_{\mathrm{prob}}\×\frac{E_{\mathrm{residual}}}{E_{\max }}$

式中，C_prob表示初始成为临时簇首节点的百分比，E_residual表示节点A的剩余能量，E_max表示节点的初始能量。节点A以概率CH_A-prob成为临时簇首节点：节点A以CH_A-prob与随机数Ran_A进行比较，若CH_A-prob大于或者等于Ran_A，则节点A成为临时簇首节点；若小于，则节点A为普通节点，不成为临时簇首节点。其中，Ran_A为0与1间的一个随机数，即

Ran_A＝Random(0，1)

步骤102-1：判断节点A及周围邻居节点中是否存在临时簇首节点，若不存在，则转至在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点的处理过程MNCH，若存在，则转至步骤102-2；

步骤102-2：判断节点A感知的临时簇首节点是否唯一，若唯一，则转至步骤102-3，否则，转至步骤105；

步骤102-3：判断感知的唯一临时簇首节点是否为节点A，若是，则转至步骤104，否则，转至步骤103；

步骤103：节点A选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束；

步骤104：节点A声明为最终簇首节点，节点A为最终簇首节点，则结束；

步骤105：在多个临时簇首节点中选择最小能耗节点作为最终簇首节点，转至步骤105-1；

步骤105-1：判断选择的最终簇首节点是否为节点A，若是，则转至步骤104，否则，转至步骤105-2；

步骤105-2：判断节点A周围的邻居节点中是否存在最终簇首节点，若存在，则转至步骤103，否则，转至处理过程MNCH；

处理过程MNCH是指在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点的过程，节点将会成为最终簇首节点或者加入其他广播声明的最终簇首节点，则结束。

第四步，在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点

步骤4-1：对于任意不被最终簇首节点覆盖的节点C，在节点C以及节点C的邻居节点中选择通信能耗最小的节点Cmin及能耗次小的节点Csmin；

步骤4-2：若节点C为通信能耗最小节点Cmin，则声明节点C为最终簇首节点；若节点C为通信能耗次小节点Csmin，则节点C监听其认为的通信能耗最小节点Cmin的广播信息；若节点C既不为通信能耗最小节点Cmin，也不为通信能耗次小节点Csmin，则节点C等待其他节点成为最终簇首节点；

步骤4-3：若节点C为通信能耗次小节点Csmin，且节点C认为的最小能耗最小节点Cmin声明为最终簇首节点，则节点C等待加入簇；若Cmin不声明为最终簇首节点，且节点C不为其他能耗次小节点追随，则声明节点C为最终簇首节点，若节点C被其他能耗次小节点追随，则继续监听其他节点的广播信息。

在本发明中，如图2所示，对于任意不被最终簇首节点覆盖的节点A选择最小能耗节点成为最终簇首节点的处理过程MNCH的流程按照如下所述步骤进行。

步骤201：在节点A及A的邻居节点中选择最小能耗节点及次小节点，转至步骤201-1；

步骤201-1：判断节点A是否为能耗最小节点，若是，转至步骤202，否则，转至步骤201-2；

步骤201-2：节点A认为的最小能耗节点是否成为最终簇首节点，若是，则转至步骤203，否则，转至步骤201-3；

步骤201-3：判断节点A是否为能耗次小节点，若不是，转至步骤201-4，若是，转至步骤201-5；

步骤201-4：判断节点A周围是否存在最终簇首节点，若存在，则转至步骤203，否则，转至步骤201；

步骤201-5：判断节点A是否被其他的能耗次小节点追随，若没有，则转至步骤202，否则，转至步骤201-6；

步骤201-6：判断节点A周围是否存在最终簇首节点，若存在，则转至步骤202，否则，转至步骤201-7；

步骤201-7：判断节点A追随的最小能耗节点是否被覆盖，若是，则转至步骤202，否则，转至步骤201-5；

步骤202：广播节点A为最终簇首节点，节点A为最终簇首节点，则结束；

步骤203：节点A在邻居最终簇首节点中选择通信最小能耗的作为A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束。

第五步，非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点

步骤5-1：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点不具有协同性，则直接在邻居簇首节点中选择通信能耗最小的簇首节点作为自己加入的簇首节点；

步骤5-2：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中存在簇首节点E且此簇首节点E与节点D具有协同性，则节点D选择簇首节点E作为D的簇首节点；

步骤5-3：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中不存在与节点D具有协同性的簇首节点E，则节点D在协同节点中选择与簇首节点通信能耗最小的节点作为协同中转节点F，并将节点F的簇首节点作为节点D加入的簇首节点。

在本发明中，对于任意节点A在选择加入通信能耗最小的簇首节点时，按照如图3所示的流程进行。

步骤301：节点A感知周围存在的簇首节点以及与节点A具有协同性的节点，转至步骤301-1；

步骤301-1：判断节点A的邻居节点中是否存在与节点A协同的节点，若不存在，则转至步骤302，若存在，转至步骤301-2；

步骤302：在邻居簇首节点中选择通信能耗最小的簇首节点作为节点A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束；

步骤301-2：判断节点A的邻居协同节点中是否存在簇首节点，若存在，转至步骤303，否则，转至步骤304；

步骤303：节点A将邻居协同节点中的簇首节点作为节点A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束；

步骤304：节点A在协同节点中选择与簇首节点通信能耗最小的节点作为协同中转节点，并将此节点的簇首节点作为节点A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束。

使用本发明所述的基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法对无线传感器网络进行分簇后，簇首节点的分布情况如图4所示。图4中，存在7个簇首节点C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇，存在21个簇内成员节点N₁，N₂，.........N₂₁，其中任意两个簇首节点位置间的距离都大于网络的分簇距离，即网络中的簇首节点分布均匀。

在本发明中，对于任意节点A在本发明中进行分簇过程中可能存在的进程状态：

本发明公开了一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，将节点间的位置相关性、数值相似性作为节点通信能耗大小的依据，将节点间的协同性作为节点选择簇首节点的依据。本发明首先计算任意节点与邻居节点进行通信的最小能量消耗，然后依据节点的剩余能量概率生成临时簇首节点，然后选择临时簇首节点成为最终簇首节点，然后选择最小能耗节点成为最终簇首节点，最后非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点。依据此方法能够形成簇首节点分布均匀的网络，使得成簇范围内不会存在两个或者多个簇首节点，每个簇内成员节点数目相似，簇首节点的能耗相似，簇内成员节点通信能耗低，最终实现能耗均衡、低能耗的能量有效的无线传感器网络。

Claims (4)

1.一种基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于为了实现能耗均衡以及低能耗的无线传感器网络，采用了下属的处理步骤进行网络分簇：

第一步，计算任意节点与所有的邻居节点进行通信的最小能量消耗

任意节点A拥有多个通信能级，节点A通过变换通信能级与远近不一的邻居节点通信，即与节点A位置近的节点选择低通信能级，与节点A位置远的节点选择高通信能级；节点A与邻居节点的感知数据数值相似，以数值差值进行通信能够降低节点间的通信数据量；使用节点最小通信能耗关系式获得节点A与所有邻居节点进行通信的最小能量消耗NLC_A-cost；

该节点最小通信能耗关系式为：

${\mathrm{NLC}}_{A-\cos t}=\mathrm{\α}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinPow}}_i}{M}+\mathrm{\β}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{MinK}}_i}{M}$

式中，α表示节点间位置在计算能量能耗中所占的权重，β表示节点间数值相关在计算能量消耗中所占的权重，M表示节点A的邻居节点数目，MinPow_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时使用的通信能级，MinK_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时的数值位数；

第二步，依据所有节点的剩余能量概率生成临时簇首节点

依据节点成为临时簇首节点的概率选择剩余能量大的节点成为临时簇首节点，任意节点A成为临时簇首节点的概率

式中，C_prob表示初始成为临时簇首节点的百分比，E_residual表示节点A的剩余能量，E_max表示节点的初始能量；节点A以概率CH_A-prob成为临时簇首节点的过程为：节点A以CH_A-prob与随机数Ran_A进行比较，若CH_A-prob大于或者等于Ran_A，则节点A成为临时簇首节点；若小于，则节点A为普通节点，不成为临时簇首节点；其中，Ran_A为0与1间的一个随机数，即Ran_A＝Random(0，1)；

第三步，选择临时簇首节点成为最终簇首节点

判断任意临时簇首节点B的邻居节点中是否存在其他的临时簇首节点，若不存在，则声明临时簇首节点B为最终簇首节点；若存在，则在多个临时簇首节点中选取最小能耗节点成为最终簇首节点；

第四步，在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点

步骤4-1：对于任意不被最终簇首节点覆盖的节点C，在节点C以及节点C的邻居节点中选择通信能耗最小的节点Cmin及能耗次小的节点Csmin；

步骤4-2：若节点C为通信能耗最小节点Cmin，则声明节点C为最终簇首节点；若节点C为通信能耗次小节点Csmin，则节点C监听其认为的通信能耗最小节点Cmin的广播信息；若节点C既不为通信能耗最小节点Cmin，也不为通信能耗次小节点Csmin，则节点C等待其他节点成为最终簇首节点；

步骤4-3：若节点C为通信能耗次小节点Csmin，且节点C认为的最小能耗最小节点Cmin声明为最终簇首节点，则节点C等待加入簇；若Cmin不声明为最终簇首节点，且节点C不为其他能耗次小节点追随，则声明节点C为最终簇首节点，若节点C被其他能耗次小节点追随，则继续监听其他节点的广播信息；

第五步，非簇首节点选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点

步骤5-1：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点不具有协同性，则直接在邻居簇首节点中选择通信能耗最小的簇首节点作为自己加入的簇首节点；

步骤5-2：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中存在簇首节点E且此簇首节点E与节点D具有协同性，则节点D选择簇首节点E作为D的簇首节点；

步骤5-3：对于任意非簇首节点D，若节点D与其他节点具有协同性，节点D的邻居节点中不存在与节点D具有协同性的簇首节点E，则节点D在协同节点中选择与簇首节点通信能耗最小的节点作为协同中转节点F，并将节点F的簇首节点作为节点D加入的簇首节点。

2.根据权利要求1所述的基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于对于任意节点A的分簇流程按照如下所述步骤进行：

步骤101：节点A感知周围邻居节点，计算、广播与周围邻居节点间进行通信的最小能量消耗NLC_A-cost，转至步骤102；

该节点最小通信能耗关系式为

式中，α表示节点间位置在计算能量能耗中所占的权重，β表示节点间数值相关在计算能量消耗中所占的权重，M表示节点A的邻居节点数目，MinPow_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时使用的通信能级，MinK_i表示节点A与第i个邻居节点间进行通信时的数值位数；

步骤102：计算节点A成为临时簇首节点的概率，并随机生成临时簇首节点，转至步骤102-1；

节点A成为临时簇首节点的概率

式中，C_prob表示初始成为临时簇首节点的百分比，E_residual表示节点A的剩余能量，E_max表示节点的初始能量；节点A以概率CH_A-prob成为临时簇首节点：节点A以CH_A-prob与随机数Ran_A进行比较，若CH_A-prob大于或者等于Ran_A，则节点A成为临时簇首节点；若小于，则节点A为普通节点，不成为临时簇首节点；其中，Ran_A为0与1间的一个随机数，即Ran_A＝Random(0，1)；

步骤102-1：判断节点A及周围邻居节点中是否存在临时簇首节点，若不存在，则转至在不被最终簇首节点覆盖的节点中选择最小能耗节点成为最终簇首节点的处理过程MNCH，若存在，则转至步骤102-2；

步骤102-2：判断节点A感知的临时簇首节点是否唯一，若唯一，则转至步骤102-3，否则，转至步骤105；

步骤102-3：判断感知的唯一临时簇首节点是否为节点A，若是，则转至步骤104，否则，转至步骤103；

步骤103：节点A选择最小能耗的邻居最终簇首节点作为自己加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束；

步骤104：节点A声明为最终簇首节点，节点A为最终簇首节点，则结束；

步骤105：在多个临时簇首节点中选择最小能耗节点作为最终簇首节点，转至步骤105-1；

步骤105-1：判断选择的最终簇首节点是否为节点A，若是，则转至步骤104，否则，转至步骤105-2；

步骤105-2：判断节点A周围的邻居节点中是否存在最终簇首节点，若存在，则转至步骤103，否则，转至处理过程MNCH。

3.根据权利要求1所述的基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，其特

征在于：对于任意不被最终簇首节点覆盖的节点A选择最小能耗节点成为最终簇

首节点的处理过程MNCH的流程按照如下所述步骤进行：

步骤201：在节点A及A的邻居节点中选择最小能耗节点及次小节点，转至步骤201-1；

步骤201-1：判断节点A是否为能耗最小节点，若是，转至步骤202，否则，转至步骤201-2；

步骤201-2：节点A认为的最小能耗节点是否成为最终簇首节点，若是，则转至步骤203，否则，转至步骤201-3；

步骤201-3：判断节点A是否为能耗次小节点，若不是，转至步骤201-4，若是，转至步骤201-5；

步骤201-4：判断节点A周围是否存在最终簇首节点，若存在，则转至步骤203，否则，转至步骤201；

步骤201-5：判断节点A是否被其他的能耗次小节点追随，若没有，则转至步骤202，否则，转至步骤201-6；

步骤201-6：判断节点A周围是否存在最终簇首节点，若存在，则转至步骤202，否则，转至步骤201-7；

步骤201-7：判断节点A追随的最小能耗节点是否被覆盖，若是，则转至步骤202，否则，转至步骤201-5；

步骤202：广播节点A为最终簇首节点，节点A为最终簇首节点，则结束；

步骤203：节点A在邻居最终簇首节点中选择通信最小能耗的作为A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束。

4.根据权利要求1所述的基于节点间相关性的无线传感器网络分簇路由方法，其特征在于：对于任意节点A在选择加入通信能耗最小的簇首节点时，按照如下流程进行：

步骤301：节点A感知周围存在的簇首节点以及与节点A具有协同性的节点，转至步骤301-1；

步骤301-1：判断节点A的邻居节点中是否存在与节点A协同的节点，若不存在，则转至步骤302，若存在，转至步骤301-2；

步骤302：在邻居簇首节点中选择通信能耗最小的簇首节点作为节点A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束；

步骤301-2：判断节点A的邻居协同节点中是否存在簇首节点，若存在，转至步骤303，否则，转至步骤304；

步骤303：节点A将邻居协同节点中的簇首节点作为节点A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束；

步骤304：节点A在协同节点中选择与簇首节点通信能耗最小的节点作为协同中转节点，并将此节点的簇首节点作为节点A加入的簇首节点，节点A被最终簇首节点覆盖，则结束。

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