CN104080143B

CN104080143B - 一种楼宇无线传感器网络(wsn)中能量均衡路由建立的方法

Info

Publication number: CN104080143B
Application number: CN201410344323.2A
Authority: CN
Inventors: 李晓卉; 尚志文; 陈广; 赵兵; 梁晓兵
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: CN104080143A

Abstract

本发明涉及一种楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法。其技术方案是：所述楼宇WSN是由一个汇聚节点和m行n列的N(N＝m×n，m、n均为大于2的正整数)个节点组成，根据节点i(i为1～N的正整数)的路由负载RL_i的数学模型得到每个节点i的路由负载RL_i，根据节点i的路由负载RL_i值，删除节点间冗余的逻辑链路，当网络中的每列节点i的路由负载RL_i各自都达到均衡后，保存此时的路由表，生成新的网络拓扑。节点i接收到或发送数据包P时在各自路由表routing_table“路由次数”列上加1，节点i发送数据包P时，优先选择路由表routing_table中“路由次数”小的节点发送。本发明具有延长网络生存期、提高传输的可靠性和网络能耗均衡的特点。

Description

一种楼宇无线传感器网络(WSN)中能量均衡路由建立的方法

技术领域

本发明属于楼宇无线传感器网络(Wireless SensorNetwork，简称WSN)技术领域。尤其涉及一种楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless SensorNetwork,简称WSN)是由部署在监测区域内大量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内被监测对象的信息，最后发送给观察者。由于WSN中节点数目成千上万，每个节点的能量、处理能力以及无线通信能力都相对有限，若经常需要人工维护，无疑是加大了各方面的负担。所以如何高效地利用有限的能量和资源，如何通过建立合适的路由来尽可能延长网络生存期，成为WSN中研究的热点问题之一。有关研究表明，WSN中处理器和各种传感器模块的功耗随着技术的进步越来越低，而无线通信模块是WSN中最消耗能量的部分。因此，无线通信的次数和距离直接影响到节点的能耗和整个网络的生存期。

WSN采用多跳技术，每个节点上传的数据沿着其它节点逐跳地进行传递，在传递过程中，数据可能会被内层的多个节点存储和转发，经过多跳路由之后到达汇聚节点，这必将导致内层部分节点因承受的数据发送量较重，能耗过快而提前“死亡”，最终导致网络中其它节点负荷加重而缩短了整个WSN的生存期。由此可见，设计更加优化的WSN路由建立方法和平衡网络能量消耗以降低WSN结点的能耗和延长网络寿命是本领域技术人员关注的重点。

WSN路由主要分为两个大类，即分簇路由和平面路由：分簇路由是以LEACH算法为代表的一系列WSN分簇路由，通常应用在大规模WSN中，但是楼宇通常是小型WSN，而且该算法簇头选择随机性太大，若簇头相距过近或者簇头处于网络边缘，则部分远离簇头的节点容易能耗过大而提前死亡。而以AODVjr协议等为代表的平面路由协议主要是通过发现一条距离最短、能耗最小的路径来路由数据包，但是单条路径能耗最小并不代表能延长整个WSN的生命期，倘若频繁地使用同一条路径，会使该条路径上的节点过早耗尽电能，从而缩短了整个网络的生命期。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种延长网络生存期、提高网络传输的可靠性和网络能耗均衡的楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述楼宇WSN是由一个汇聚节点和m行n列的N(N＝m×n，其中m、n均为大于2的正整数)个节点组成，楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法是：

步骤1、将所述的楼宇WSN配置成一个n列的网络拓扑。

步骤2、汇聚节点收集网络拓扑信息，为每个节点构造一张路由表routing_table；所述路由表routing_table由“上一跳”列、“下一跳”列、“目的”列和“路由次数”列组成，路由表routing_table的“上一跳”列和“下一跳”列包含所有的可连接的逻辑链路。

步骤3、节点i(i为1～N的正整数)的路由负载RL_i的数学模型为：

式(1)中：D_i表示节点i每秒发送的数据包数目；

l_i表示节点i所在的网络列数，l_i＝1,2,...,n；

i_LH表示节点i的上一跳节点的集合；

x表示节点i的上一跳节点的集合中的一个节点；

x_NH表示节点x的下一跳节点；

RL_x表示节点x的路由负载；

表示节点x的下一跳节点个数，N表示子节点的总个数。

计算节点i的路由负载RL_i时，从终端节点逐列往上列计算；对于第n列的节点，式(1)中“+”的右边部分为0。

根据节点i的路由负载RL_i值，找出1～(n-1)列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点然后在所述路由负载RL_i值最大的节点的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点同行的节点i_LH，再删除所述路由负载RL_i值最大的节点与所述路由负载RL_i值最大的节点同行的节点i_LH的逻辑链路；若存在2个以上所述路由负载RL_i值最大的节点则逐一删除所述路由负载RL_i值最大的节点与所述路由负载RL_i值最大的节点同行的节点i_LH的逻辑链路。

步骤4、再计算每个节点i的路由负载RL_i，当第1～(n-1)列中的每列节点i的路由负载RL_i各自都达到均衡后，保存此时的路由表routing_table；若第1～(n-1)列中存在某一列节点i的路由负载RL_i未达到均衡，则在此时的路由表routing_table的基础上，重复步骤3，直至第1～(n-1)列中的每列节点i的路由负载RL_i各自都达到均衡后，保存路由表routing_table。

步骤5、当所述楼宇WSN的一个节点i发送数据包P₁时，先在所述节点i的所有邻居节点中查找有无目的节点D；如果查有目的节点D，则将数据包P₁直接送达目的节点D，然后在所述节点i的路由表routing_table的“路由次数”列上加1。

如果未查找到目的节点D，则查询所述节点i的路由表routing_table，选择所述节点i的路由表routing_table中“下一跳”节点中“路由次数”最小的一个节点i_min建立连接，发送数据包P₁，然后在所述节点i的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。所述节点i_min接收到数据包P₁时，在所述节点i_min的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。

步骤6、所述节点i_min发送数据包P₁时，同步骤5，直至目的节点D接收到数据包P₁。

步骤7、对于后续数据包P_j(j为大于1的正整数)的发送，同步骤5～步骤6。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

本发明用于不同规格的楼宇WSN中，能删除冗余连接，建立新的网络拓扑，使所述楼宇WSN中每一列中的所有节点的路由负载都达到均衡，使所述楼宇WSN中的节点能够均衡的消耗能量，从而延长了网络生存期和提高了网络传输的可靠性。

本发明在节点i和目的结点D之间建立数据包P_j的转发路径。建立了节点i的路由负载RL_i的数学模型，根据路由负载RL_i更新路由表routing_table，使所述楼宇WSN中每一列的各节点的路由负载RL达到均衡。节点i发送和接收数据包P_j时，都要对发送或接收数据包P_j的节点i的路由表routing_table中的“路由次数”列进行加1操作，下级节点连接上级节点时，优先选择“路由次数”较少的节点连接，从而达到能量均衡消耗的目的。该路径建立方法避免了平面路由中一味的选择最短路径进行数据传输而造成的某些节点过早死亡，最终导致网络崩溃的情况，从而延长了网络的生存期、提高了传输的可靠性和实现能耗均衡。

因此，本发明具有延长网络生存期、提高传输的可靠性和网络能耗均衡的特点。

附图说明

图1是一种楼宇WSN的拓扑结构示意图；

图2是本发明用于图1的拓扑结构示意图。

图3是另一种楼宇WSN的拓扑结构示意图；

图4是本发明用于图3的拓扑结构示意图。

图5是又一种楼宇WSN的拓扑结构示意图；

图6是本发明用于图5的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法。所述楼宇WSN是由一个汇聚节点和3行2列的6个节点组成，楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法是：

步骤1、将所述的楼宇WSN配置成一个2列的网络拓扑，如图1所示。

步骤2、汇聚节点收集网络拓扑信息，为每个节点构造一张路由表routing_table。所述路由表routing_table由“上一跳”列、“下一跳”列、“目的”列和“路由次数”列组成，路由表routing_table的“上一跳”列和“下一跳”列包含所有的可连接的逻辑链路。

节点1、节点2、……、节点6的路由表routing_table依次如表1、表2、……、表6所示。

表1 节点1的路由表routing table

表2 节点2的路由表routing_table

……；

表6 节点6的路由表routing_table

步骤3、根据节点i(本实施例中，i为1～6的正整数)的路由负载RL_i的数学模型：

式(1)中：D_i表示节点i每秒发送的数据包数目，设定每个节点i每秒发送一个数据包，则

D₁＝D₂＝D₃＝D₄＝D₅＝D₆＝1；

l_i表示节点i所在的网络列数，l₁＝l₂＝l₃＝1，l₄＝l₅＝l₆＝2；

i_LH表示节点i的上一跳节点的集合，节点1的上一跳节点集合为{节点4，节点5}，节点2的上一跳节点集合为{节点4，节点5，节点6}，节点3的上一跳节点集合为{节点5，节点6}；

x表示节点i的上一跳节点的集合中的一个节点；

x_NH表示节点x的下一跳节点；

RL_x表示节点x的路由负载；

表示节点4的下一跳节点个数，

表示节点5的下一跳节点个数，

表示节点6的下一跳节点个数，

本实施例中，设定每个节点i每秒发送一个数据包，得到图1所示网络中节点i(i为1～6的正整数)的路由负载RL_i：

计算节点i的路由负载RL_i时，应从第2列往第1列运算。对于第2列的节点4、节点5和节点6，由于节点4、节点5和节点6没有上一跳节点，所以式(1)中“+”的右边部分为0。

根据节点i的路由负载RL_i值，找出第1列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点为节点2，然后在所述路由负载RL_i值最大的节点即节点2的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点即节点2同行的节点i_LH，节点i_LH为节点5，再删除所述路由负载RL_i值最大的节点即节点2与节点5的逻辑链路。

步骤4、再计算每个节点i(i为1～6的正整数)的路由负载RL_i：

由于第1列中节点1、节点2和节点3的路由负载已达到均衡，因此保存此时的路由表routing_table。此时的节点1、节点2、……、节点6的路由表routing_table依次如表1’、表2’、……、表6’所示。

表1’节点1的路由表routing_table

表2’ 节点2的路由表routing_table

……；

表6’ 节点6的路由表routing_table

保存此时所有节点的路由表routing_table，得到新的网络拓扑如图2所示。

步骤5.1、所述楼宇WSN的节点1发送数据包P₁时，先在节点1的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果是查到目的节点D，则将数据包P₁直接送达目的节点D，然后在节点1的路由表routing_table的“路由次数”列上加1。

步骤5.2、所述楼宇WSN的节点5发送数据包P₂时，先在节点5的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果未查找到目的节点D，则查询节点5的路由表routing_table，在节点5的路由表routing_table中的“下一跳”节点中，节点1路由次数为1，节点3的路由次数为0，所以选择节点5的路由表routing_table中的“下一跳”节点中“路由次数”最小的一个节点i_min，即节点3建立连接，发送数据包P₂，然后在节点5的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。节点3接收到数据包P₂时，在节点3的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。

步骤6、所述节点i_min即节点3发送数据包P₂时，同步骤5.1，目的节点D接收到数据包P₂。

步骤7、对于后续数据包P_j(j为大于2的正整数)的发送，同步骤5～步骤6。

本实施例中，节点1发送数据包P₁到目的结点D时，数据包P₁的路由是1→D；节点5发送数据包P₂到目的结点D时，数据包P₂的路由是5→3→D。

实施例2

一种楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法。所述楼宇WSN是由一个汇聚节点和3行3列的9个节点组成，楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法是：

步骤1、将所述的楼宇WSN配置成一个3列的网络拓扑，如图3所示。

步骤2、汇聚节点收集网络拓扑信息，为每个节点构造一张路由表routing_table。所述路由表routing_table由“上一跳”列、“下一跳”列、“目的”列和“路由次数”列组成，路由表routing_table的“上一跳”列和“下一跳”列包含所有的可连接的逻辑链路。节点1、节点2、……、节点9的路由表routing_table依次如表1、表2、……、表9所示。

表1 节点1的路由表routing_table

表2 节点2的路由表routing_table

……；

表9 节点9的路由表routing_table

步骤3、根据节点i(本实施例中，i为1～9的正整数)的路由负载RL_i的数学模型：

D₁＝D₂＝...＝D₉＝1；

l_i表示节点i所在的网络列数，l₁＝l₂＝l₃＝1，l₄＝l₅＝l₆＝2，l₇＝l₈＝l₉＝3；

i_LH表示节点i的上一跳节点的集合，节点1的上一跳节点集合为{节点4，节点5}，节点2的上一跳节点集合为{节点4，节点5，节点6}，节点3的上一跳节点集合为{节点5，节点6}，节点4的上一跳节点集合为{节点7，节点8}，节点5的上一跳节点集合为{节点7，节点8，节点9}，节点6的上一跳节点集合为{节点8，节点9}；

x表示节点i的上一跳节点的集合中的一个节点；

x_NH表示节点x的下一跳节点；

RL_x表示节点x的路由负载；

表示节点4的下一跳节点个数，

表示节点5的下一跳节点个数，

表示节点6的下一跳节点个数，

表示节点7的下一跳节点个数，

表示节点8的下一跳节点个数，

表示节点9的下一跳节点个数，

本实施例中，设定每个节点i每秒发送一个数据包，得到图3所示网络中节点i(i为1～9的正整数)的路由负载RL_i：

计算节点i的路由负载RL_i时，应从第3列往第1列运算；对于第3列的节点7、节点8和节点9，由于节点7、节点8和节点9没有上一跳节点，所以式(1)中“+”的右边部分为0。

根据节点i的路由负载RL_i值，找出第1列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点为节点2，然后在所述路由负载RL_i值最大的节点即节点2的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点即节点2同行的节点i_LH，节点i_LH为节点5，再删除所述路由负载RL_i值最大的节点即节点2与节点5的逻辑链路；第2列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点为节点5，然后在所述路由负载RL_i值最大的节点即节点5的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点即节点5同行的节点i_LH，节点i_LH为节点8，再删除节点5与节点节点8的逻辑链路。

步骤4、再计算每个节点i(i为1～9的正整数)的路由负载RL_i：

RL₇＝RL₈＝RL₉≈0.0370

RL₄＝RL₅＝RL₆≈0.1111

RL₁＝RL₂＝RL₃≈0.2593

由于第1列中节点1、节点2和节点3的路由负载已达到均衡，第2列中节点4、节点5和节点6的路由负载也已达到均衡，因此保存此时的路由表routing_table。此时的节点1、节点2、……、节点9的路由表routing_table依次如表1’、表2’、……、表9’所示。

表1’ 节点1的路由表routing_table

表2’ 节点2的路由表routing_table

……；

表9’ 节点9的路由表routing_table

保存此时所有节点的路由表routing_table，得到新的网络拓扑如图4所示。

步骤5.1、所述楼宇WSN的节点1发送数据包P₁，先在节点1的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果是查到目的节点D，则将数据包P₁直接送达目的节点D，然后在节点1的路由表routing_table的“路由次数”列上加1。

步骤5.2、所述楼宇WSN的节点3发送数据包P₂，先在节点3的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果是查到目的节点D，则将数据包P₂直接送达目的节点D，然后在节点3的路由表routing_table的“路由次数”列上加1。

步骤5.3、所述楼宇WSN的节点8发送数据包P₃，先在节点8的所有邻居节点中查找有无目的节点D，结果未查找到目的节点D，则查询节点8的路由表routing_table，在节点8的路由表routing_table中的“下一跳”节点中，节点4和节点6的路由次数均为0，即有两个“路由次数”最小的节点i_min，所以选择节点4或者节点6建立连接，发送数据包P₃，然后在节点8的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。若所述节点i_min即节点4接收到数据包P₃，在节点4的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1；若所述节点i_min即节点6接收到数据包P₃，在节点6的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。

步骤6、

(1)将数据包P₃发送给节点4

所述节点i_min即节点4发送数据包P₃时，先在节点4的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果未查找到目的节点D，则查询节点4的路由表routing_table，在节点4的路由表routing_table中的“下一跳”节点中，节点1路由次数为1，节点2路由次数为0，所以选择节点4的路由表routing_table中的“下一跳”节点中“路由次数”最小的一个节点i_min，即节点2建立连接，发送数据包P₃，然后在节点4的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。节点2接收到数据包P₃时，在节点2的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。节点2发送数据包P₃时，同步骤5.1，目的节点D接收到数据包P₃。

(2)将数据包P₃发送给节点6

所述节点i_min即节点6发送数据包P₃时，先在节点6的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果未查找到目的节点D，则查询节点6的路由表routing_table，在节点6的路由表routing_table中的“下一跳”节点中，节点2路由次数为0，节点3路由次数为1，所以选择节点6的路由表routing_table中的“下一跳”节点中“路由次数”最小的一个节点i_min，即节点2建立连接，发送数据包P₃，然后在节点6的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。节点2接收到数据包P₃时，在节点2的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。节点2发送数据包P₃时，同步骤5.1，目的节点D接收到数据包P₃。

步骤7、对于后续数据包P_j(j为大于3的正整数)的发送，同步骤5～步骤6。

本实施例中，节点1发送数据包P₁到目的结点D时，数据包P₁的路由是1→D；节点3发送数据包P₂到目的结点D时，数据包P₂的路由是3→D；节点8发送数据包P₃到目的结点D时，数据包P₃的路由是8→4→2→D或8→6→2→D。

实施例3

一种楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法。所述楼宇WSN是由一个汇聚节点和5行2列的10个节点组成，楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法是：

步骤1、将所述的楼宇WSN配置成一个2列的网络拓扑，如图5所示。

节点1、节点2、……、节点10的路由表routing_table依次如表1、表2、……、表10所示。

表1 节点1的路由表routing_table

表2 节点2的路由表routing_table

……；

表10 节点10的路由表routing_table

步骤3、根据节点i(本实施例中，i为1～10的正整数)的路由负载RL_i的数学模型：

D₁＝D₂＝...＝D₁₀＝1；

l_i表示节点i所在的网络列数，l₁＝l₂＝l₃＝l₄＝l₅＝1，l₆＝l₇＝l₈＝l₉＝l₁₀＝2；

i_LH表示节点i的上一跳节点的集合，节点1的上一跳节点集合为{节点6，节点7}，节点2的上一跳节点集合为{节点6，节点7，节点8}，节点3的上一跳节点集合为{节点7，节点8，节点9}，节点4的上一跳节点集合为{节点8，节点9，节点10}，节点5的上一跳节点集合为{节点9，节点10}；

x表示节点i的上一跳节点的集合中的一个节点；

x_NH表示节点x的下一跳节点；

RL_x表示节点x的路由负载；

表示节点6的下一跳节点个数，

表示节点7的下一跳节点个数，

表示节点8的下一跳节点个数，

表示节点9的下一跳节点个数，

表示节点10的下一跳节点个数，

本实施例中，设定每个节点i每秒发送一个数据包，得到图5所示网络中节点i(i为1～10的正整数)的路由负载RL_i：

计算节点i的路由负载RL_i时，应从第2列往第1列运算。对于第2列的节点6、节点7、节点8、节点9和节点10，由于节点6、节点7、节点8、节点9和节点10没有上一跳节点，所以式(1)中“+”的右边部分为0。

根据节点i的路由负载RL_i值，找出第1列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点有节点2和节点4，首先在所述路由负载RL_i值最大的节点节点2的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点节点2同行的节点i_LH，这里节点i_LH为节点7，删除所述路由负载RL_i值最大的节点节点2与节点7的逻辑链路；然后再在另一个所述路由负载RL_i值最大的节点节点4的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点节点4同行的节点i_LH，这里节点i_LH为节点9，删除所述路由负载RL_i值最大的节点节点4与节点9的逻辑链路。

步骤4、再计算每个节点i(i为1～10的正整数)的路由负载RL_i：

RL₆＝RL₇＝RL₈＝RL₉＝RL₁₀＝0.0500

RL₁＝RL₅＝0.1500

RL₂＝RL₄≈0.1333

RL₃≈0.1833

由于第1列中节点1、节点2、节点3、节点4和节点5的路由负载未达到均衡，重复步骤3，找出第1列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点为节点3，然后在所述路由负载RL_i值最大的节点即节点3的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点即节点3同行的节点i_LH，节点i_LH为节点8，再删除所述路由负载RL_i值最大的节点即节点3与节点8的逻辑链路。

再计算每个节点i(i为1～10的正整数)的路由负载RL_i：

RL₆＝RL₇＝RL₈＝RL₉＝RL₁₀＝0.0500

RL₁＝RL₂＝RL₃＝RL₄＝RL₅＝0.1500

由于第1列中节点1、节点2、节点3、节点4和节点5的路由负载已达到均衡，因此保存此时的路由表routing_table。此时节点1、节点2、……、节点10的路由表routing_table依次如表1’、表2’、……、表10’所示。

表1’ 节点1的路由表routing_table

表2’ 节点2的路由表routing_table

……；

表10’ 节点10的路由表routing_table

保存此时所有节点的路由表routing_table，得到新的网络拓扑如图6所示。

步骤5.1、所述楼宇WSN的节点4发送数据包P₁时，先在节点4的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果是查有目的节点D，则将数据包P₁直接送达目的节点D，然后在节点4的路由表routing_table的“路由次数”列上加1。

步骤5.2、所述楼宇WSN的节点8发送数据包P₂时，先在节点8的所有邻居节点中查找有无目的节点D；结果未查找到目的节点D，则查询节点8的路由表routing_table，在节点8的的路由表routing_table中的“下一跳”节点中，节点2路由次数为0，节点4的路由次数为1，所以选择节点8的路由表routing_table中的“下一跳”节点中“路由次数”最小的一个节点i_min，即节点2建立连接，发送数据包P₂，然后在节点8的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。节点2接收到数据包P₂时，在节点2的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1。

步骤6、所述节点i_min即节点2发送数据包P₂时，同步骤5.1，目的节点D接收到数据包P₂。

本实施例中，节点4发送数据包P₁到目的结点D时，数据包P₁的路由是4→D；节点8发送数据包P₂到目的结点D时，数据包P₂的路由是8→2→D。

本具体实施方式与现有技术相比，具有以下积极效果：

本具体实施方式用于不同规格的楼宇WSN中，能删除冗余连接，建立新的网络拓扑，使所述楼宇WSN中每一列中的所有节点的路由负载都达到均衡，使所述楼宇WSN中的节点能够均衡的消耗能量，从而延长了网络生存期和提高了网络传输的可靠性。

本具体实施方式在节点i和目的结点D之间建立数据包P_j的转发路径。建立了节点i的路由负载RL_i的数学模型，根据路由负载RL_i更新路由表routing_table，使所述楼宇WSN中每一列的各节点的路由负载RL达到均衡。节点i发送和接收数据包P_j时，都要对发送或接收数据包P_j的节点i的路由表routing_table中的“路由次数”列进行加1操作，下级节点连接上级节点时，优先选择“路由次数”较少的节点连接，从而达到能量均衡消耗的目的。该路径建立方法避免了平面路由中一味的选择最短路径进行数据传输而造成的某些节点过早死亡，最终导致网络崩溃的情况，从而延长了网络的生存期、提高了传输的可靠性和实现能耗均衡。

因此，本具体实施方式具有延长网络生存期、提高传输的可靠性和网络能耗均衡的特点。

Claims

1.一种楼宇无线传感器网络(Wireless SensorNetwork,简称WSN)中能量均衡路由建立的方法，其特征在于所述楼宇WSN是由一个汇聚节点和m行n列的N个节点组成，N＝m×n，其中m、n均为大于2的正整数；楼宇WSN中能量均衡路由建立的方法是：

步骤1、将所述的楼宇WSN配置成一个n列的网络拓扑；

步骤2、汇聚节点收集网络拓扑信息，为每个节点构造一张路由表routing_table；所述路由表routing_table由“上一跳”列、“下一跳”列、“目的”列和“路由次数”列组成，路由表routing_table的“上一跳”列和“下一跳”列包含所有的可连接的逻辑链路；

步骤3、节点i的路由负载RL_i的数学模型为：

<mrow> <msub> <mi>RL</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mo>&times;</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>x</mi> <mo>&Element;</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> </mrow> </munder> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>RL</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式(1)中：D_i表示节点i每秒发送的数据包数目，

l_i表示节点i所在的网络列数，l_i＝1,2,...,n，

i为1～N的正整数，

i_LH表示节点i的上一跳节点的集合，

x表示节点i的上一跳节点的集合中的一个节点，

x_NH表示节点x的下一跳节点，

RL_x表示节点x的路由负载，

表示节点x的下一跳节点个数，N表示子节点的总个数；

计算节点i的路由负载RL_i时，从终端节点逐列往上列计算；对于第n列的节点，式(1)中“+”的右边部分为0；

根据节点i的路由负载RL_i值，找出1～(n-1)列中节点i的路由负载RL_i值最大的节点然后在所述路由负载RL_i值最大的节点的“上一跳”节点中，找出与所述路由负载RL_i值最大的节点同行的节点i_LH，再删除所述路由负载RL_i值最大的节点与所述路由负载RL_i值最大的节点同行的节点i_LH的逻辑链路；若存在2个以上所述路由负载RL_i值最大的节点则逐一删除所述路由负载RL_i值最大的节点与所述路由负载RL_i值最大的节点同行的节点i_LH的逻辑链路；

步骤4、再计算每个节点i的路由负载RL_i，当第1～(n-1)列中的每列节点i的路由负载RL_i各自都达到均衡后，保存此时的路由表routing_table；若第1～(n-1)列中存在某一列节点i的路由负载RL_i未达到均衡，则在此时的路由表routing_table的基础上，重复步骤3，直至第1～(n-1)列中的每列节点i的路由负载RL_i各自都达到均衡后，保存路由表routing_table；

步骤5、当所述楼宇WSN的一个节点i发送数据包P₁时，先在所述节点i的所有邻居节点中查找有无目的节点D；如果查有目的节点D，则将数据包P₁直接送达目的节点D，然后在所述节点i的路由表routing_table的“路由次数”列上加1；

如果未查找到目的节点D，则查询所述节点i的路由表routing_table，选择所述节点i的路由表routing_table中“下一跳”节点中“路由次数”最小的一个节点i_min建立连接，发送数据包P₁，然后在所述节点i的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1；所述节点i_min接收到数据包P₁时，在所述节点i_min的路由表routing_table中的“路由次数”列上加1；

步骤6、所述节点i_min发送数据包P₁时，同步骤5，直至目的节点D接收到数据包P₁；

步骤7、对于后续数据包P_j的发送，j为大于1的正整数，同步骤5～步骤6。