CN105764111A - 无线传感网络自治式路由选择方法 - Google Patents

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郭坤祺
薛泉
蔡锐锐
王思璇
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Abstract

本发明涉及一种无线传感网络自治式路由选择方法。一种无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一,对无线传感器网络构建网络拓扑；步骤二,在无线传感器网络中，将监测区域划分，每个区域将根据最佳信噪比的策略选取簇首节点，簇首节点选取后将在区域内建立簇群；步骤三，簇首节点与成员之间建立路由表，并搜集簇成员的剩余能量信息，并根据信息计算出一个能量阈值，根据阈值进行簇首轮换。本发明具有如下有益效果：节点耗能降低，网络生命周期延长；减少网络拥塞，保证网络公平性；提升信息传输的可靠性。

Description

无线传感网络自治式路由选择方法
技术领域
本发明涉及无线传感网络、路由协议、信道状态、无线通信技术领域，尤其涉及一种无线传感网络自治式路由选择方法。
背景技术
无线通信网络技术在过去几十年内突飞猛进,发展迅速。无线传感器网络作为无线自组织网络领域的一个特殊分支,具有与无线自组织网络类似特性和区别于其他无线网络的独自特质:传感器节点性能受限。由于成本,尺寸等因素影响,无线传感器节点的功能,电池容量,计算与存储能力,通信能力均受到限制。无线传感器节点具有有限的工作时间,较低的处理运算能力,较小的存储器容量,较短的通信距离。动态拓扑，无线传感器网络是动态的网络,无线传感器节点可以随处移动。无线传感器节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障,退出网络;无线传感器节点也可能由于功能需要或睡眠唤醒,暂时退出或加入网络。这些都会使无线传感器网络的拓扑结构发生实时变化,所以无线传感器网络是一个动态拓扑网络。
无线传感器网络(WSN)是以无线通信的方式在一定范围内形成的一种大规模、自组织网络系统，该网络中每个节点都可以采集数据和传输数据，有的需要协助其他节点传输数据，网络中节点协同工作将检测区采集到的数据通过多跳的方式传送到数据到存储区。由于每个节点都在承担着采集和发送信息并可以协助其他节点转发消息的能力，对能量的消耗要求较高，而每个节点的设计体积要尽可能的小。所以对于能源供给是一个很大的挑战。对于无线传感网络来说所有的传感节点组成的是一个整体，如果其中一个或者几个节点能源消耗完，无法继续工作，就会影响整个网络的性能，并且有可能导致整个网络瘫痪。
通常采用网络中最先耗尽能量的节点来衡量网络生存时间，最大化网络生存时间就等价于最大化节点最小网络生存时间，因此需要设计尽可能均衡地消耗网络中各节点能量的中继选择算法来最大化网络生存时间。在WSN中，某区域节点的死亡必然会导致该区域数据监测不完整，继而导致该区域网络性能不可靠。在传统的WSN路由算法中，所有的节点都是以监测全部区域为目标，随着时间的推移，在整个区域都将随机出现节点死亡，这就导致了无线传感器网络后期所有区域数据监测的不可靠性。
发明内容
基于上述技术问题，本发明的目的在于提出一种无线传感网络自治式路由选择方法，通过监测区域簇首节点的改变，可以有效的管理粗群，使簇群始终处于活跃状态，对信息的传递更加有效和可靠，可以使每个节点的能量不会被过度使用，簇首节点的不同，传输信道也会改变，使得信道信息状态的较好的信道不会总会被占用，避免的网络拥塞，是网络的公平性得到实现。
此目的是通过如下方式实现的：
一种无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一,对无线传感器网络构建网络拓扑；步骤二,在无线传感器网络中，将监测区域划分，每个区域将根据最佳信噪比的策略选取簇首节点，簇首节点选取后将在区域内建立簇群；步骤三，簇首节点与成员之间建立路由表，并搜集簇成员的剩余能量信息，并根据信息计算出一个能量阈值，根据阈值进行簇首轮换。
进一步地，所述无线传感器网络可以自组网。
进一步地，所述无线传感器网络拓扑结构为平面型结构或层次型结构。
进一步地，所述网络拓扑结构为星型网络拓扑结构。
进一步地，在监测区域附近建立监测基站。
进一步地，所述监测基站为中央信息控制系统。
本专利提出一种无线传感器网络自治式路由选择方法，在保证每个节点传输的公平性上，尽量减少对某个节点的过度使用。当网络中在簇群时，作为簇首节点要对簇群进行管理，也因此其能耗想来说会比较高。专利中提出动态对簇群管理，当簇群第一次形成之后，簇首节点根据每个簇成员反馈的剩余能量，自动设置一个能量门限，当自能量低于这个门限值时，将发起新一轮的簇首选取。簇首节点将自动将权限转移给下一个簇首节点。从而将整个网络的节点能源进行有效利用。由于会进行新的簇首选举，不会因为某节点的失效对整个簇群的性能造成较大影响，传输信道也可以随机选择，而不是只选择信道状态好的进行传输，避免了对某些节点的过度使用。
本发明具有如下有益效果：
本方法采用簇首节点轮换机制，是簇首节点始终处于活跃状态，使得簇群得到有效管理，网络性能得到有效维护。
（一）节点耗能降低，网络生命周期延长
无线传感网络由于可以自行组网，在监测区域形成一个一个簇群，簇群的管理需要推举一个簇首节点来对簇群进行管理，而推举出来的节点能量一定，对簇群管理需要过多的消耗能量，这样会导致该节点的能量过早耗尽。本专利提出的簇首轮换机制可以替换原来的簇首节点，保证节点的剩余能量维持节点的一般性功能，这样就可以维持网络的相对稳定，不会因为有节点过早失效而引起网络过早的结束生存周期。
（二）减少网络拥塞，保证网络公平性
无线传输受到很多因素的制约，而当无线信道较差的情况下，簇首节点会自动选择信道信息状态良好的信道进行传输，这样会导致某个信道一直都处于传输状态，当需要传输的消息较多时就会造成网络的拥塞，这就降低了网络的传输效率，并且造成其他信道一直处于空闲状态。当簇首进行轮换使，不同的簇首选择的传输信道不一样，使网络的信道资源得到更好的分配。有助于提高网络性能，维护了网络的公平性
（三）提升信息传输的可靠性
当簇首节点的能量降低时，其对簇群的管理性能也会随之降低，而导致消息的转发的误码率增大，消息的可靠性降低。当能源较低的簇首节点被替代之后，会增加簇群的活力，是消息可以得到有效转发。提升了消息转发的可靠性。
附图说明
图1无线传感网络簇群系统；
图2星型拓扑结构图。
具体实施方式
为了便于管理，将监测区域进行划分，并在监测区域附近建立监测基站作为中央信息控制系统。
在区域内部署相应的传感器节点，基站向节点发送消息唤醒节点，节点向基站发送定位信息和能量信息，基站根据接收到的信息状况判断每个区域内最佳信噪比的节点，将其设置为簇首节点，并下放权限，使簇群实现自治。
簇首节点向区域内的成员发送消息，簇成员回复消息并申请建立路由信息，簇首节点建立路由表并采集各节点剩余能量。簇首节点根据能量信息计算出能量阈值，并设置。
簇首能量消耗达到阈值范围，向成员发送消息再次收集剩余能量，将剩余能量最多的节点，设置为下一个簇首节点并交换路由信息。新簇首节点重新计算能量阈值并设置。

Claims (6)

1.一种无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一,对无线传感器网络构建网络拓扑；步骤二,在无线传感器网络中，将监测区域划分，每个区域将根据最佳信噪比的策略选取簇首节点，簇首节点选取后将在区域内建立簇群；步骤三，簇首节点与成员之间建立路由表，并搜集簇成员的剩余能量信息，并根据信息计算出一个能量阈值，根据阈值进行簇首轮换。
2.根据权利要求1所述的无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于：所述无线传感器网络可以自组网。
3.根据权利要求1所述的无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于：所述无线传感器网络拓扑结构为平面型结构或层次型结构。
4.根据权利要求1所述的无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于：所述网络拓扑结构为星型网络拓扑结构。
5.根据权利要求1所述的无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于：在监测区域附近建立监测基站。
6.根据权利要求5所述的无线传感网络自治式路由选择方法，其特征在于：所述监测基站为中央信息控制系统。
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