CN107018546B - 一种制造物联网中的分簇路由的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造物联网中的分簇路由的方法，包括获取待发送的数据信息的优先级，当数据信息的优先级为第一优先级时，通过预先建立的速度优先路由传输数据信息，当数据信息的优先级为第二优先级时，通过预先建立的能量优先路由传输数据信息；第一优先级高于第二优先级。本发明预先建立两条路由，分别为速度优先路由和能量优先路由，在对数据信息进行传输时依据数据信息的优先级选择相应的路由进行数据信息的传输，对于优先级较高的数据信息采用速度优先路由进行传输，对于优先级较低的数据信息采用能量优先路由进行传输，本发明在使用过程中满足了优先级较高的数据信息的实时性要求，并在一定程度上实现了能量的均衡，延长了网络的使用寿命。

Description

一种制造物联网中的分簇路由的方法

技术领域

本发明涉及制造物联网通信技术领域，特别是涉及一种制造物联网中的分簇路由的方法。

背景技术

随着物联网、大数据和云计算等新一代信息技术在工业制造业转型升级过程中的深化应用，制造物联网应运而生。制造物联网通过将无线多跳网络、传感器网络、工业现场总线等异构网络进行融合组网，实现多源节点随时随地的网络接入与互联。为了方便快速地在复杂环境中部署无线传感器网络，大部分无线传感器节点都采用电池供电，在利用无线传感器网络进行数据信息传输时，延长无线传感器网络的使用寿命是非常重要的，想要延长无线传感器网络的使用寿命就需要在传输数据信息时使传输数据信息的过程所消耗的能量较低，并且使各个节点消耗能量尽量均衡。但是，由于一些数据信息对实时性的要求较高，而提高实时性必定会增加无线传感器网络的能量消耗，因此实时性与能量均衡相互矛盾。

目前，现有的无线传感器网络的分簇路由方法是通过能量消耗最少的路线来传输数据信息，以此来延长无线传感器网络的使用寿命。但是，采用此方法在一定程度上增加了对实时性要求较高的数据信息的传输时间，使一些对实时性要求较高的数据信息的传输速度降低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的制造物联网中的分簇路由的方法成为本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造物联网中的分簇路由的方法，在使用过程中既可以满足优先级较高的数据信息的实时性要求，又在一定程度上实现了能量的均衡，延长了整个网络的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种制造物联网中的分簇路由的方法包括：

获取待发送的数据信息的优先级，当所述数据信息的优先级为第一优先级时，通过预先建立的速度优先路由传输所述数据信息，当所述数据信息的优先级为第二优先级时，通过预先建立的能量优先路由传输所述数据信息；所述第一优先级高于所述第二优先级。

可选的，所述速度优先路由的建立过程为：

采用梯度路由算法分别计算出各个簇头节点至汇聚节点的传输速度最大的路径，并将各个所述传输速度最大的路径分别确定为相应的簇头节点至汇聚节点的速度优先路由。

可选的，所述采用梯度路由算法分别计算出各个簇头节点至汇聚节点的传输速度最大的路径的过程具体为：

依据洪泛算法使每个簇头节点分别获取各自距离所述汇聚节点的最小跳数以及下一跳的簇头节点；

各个所述簇头节点均依据第一计算关系式分别计算出各自与每个邻居簇头节点的路由梯度，并将路由梯度最大的路径确定为传输速度最大的路径；

所述第一计算关系式为F(v,w)＝(1-a)F_d(v,w)+a(1-l/L)，其中，v表示簇头节点v，w表示簇头节点w，a表示队列权重值，l表示当前占用的队列长度，L表示队列总长度，

Deep(v)表示所述簇头节点v距离所述汇聚节点的最小跳数，Deep(w)表示所述簇头节点w距离所述汇聚节点的最小跳数，d_vw表示所述簇头节点v与所述簇头节点w之间的通信距离。

可选的，所述能量优先路由的建立过程为：

采用迪杰斯特拉算法从汇聚节点起，汇聚节点由近及远为各个邻居簇头节点分配相应的计算时间；

所述汇聚节点发送数据，并通知各个邻居簇头节点按照相应的计算时间并依据第二计算关系式分别计算出各自至所述汇聚节点能量消耗最小的路径，并将各个所述能量消耗最小的路径分别确定为相应的簇头节点至所述汇聚节点的能量优先路径。

可选的，所述第二计算关系式为E_r＝nkE_elec+∑E_Tx-amp(d_i)，(i∈R)，其中，E_elec表示单位字节数据发送或接收所消耗的能量，n表示R集合中簇头节点的个数，d_i表示簇头节点i与下一跳簇头节点之间的通信距离，k为传输的字节数，

ε_fs为自由空间模型放大系数，ε_mp为衰减空间模型放大系数，

可选的，如上述所述的制造物联网中的分簇路由的方法，所述方法还包括：

各个所述簇头节点分别判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值，当邻居簇头节点的电量值低于所述预设阈值时，与所述邻居簇头节点相关的路径不被用于传输数据信息，相应的簇头节点重新计算传输路径。

可选的，各个所述簇头节点均判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值的过程具体为：

当邻居簇头节点的电量值小于所述预设阈值时，所述邻居簇头节点向给其发送数据信息的簇头节点发送重新计算路径数据包；

所述簇头节点接收所述重新计算路径数据包后确定所述邻居簇头节点的电量小于所述预设阈值。

可选的，如上述所述的制造物联网中的分簇路由的方法，所述方法还包括：

预先从每个区域内的多个成员节点中分别找到剩余电量值最大的成员节点，并将所述剩余电量值最大的成员节点确定为相应区域的簇头节点；各个所述区域均按照预设规则进行划分。

可选的，所述从每个区域内的多个成员节点中找到剩余电量值最大的成员节点的过程具体为：

每个所述区域内的第一成员节点将自身的剩余电量值广播至各自区域内的其他成员节点，所述第一成员节点为所述区域内的任意一个成员节点；

其他所述成员节点接收所述第一成员节点的剩余电量值，并分别判断自身的剩余电量值是否大于所述第一成员节点的剩余电量值，如果是，则广播自身的剩余电量值，直至找到剩余电量值最大的成员节点；否则，不进行任何操作，并在预设时间内没有接收到其他成员节点的广播，则将所述第一成员节点确定为剩余电量值最大的成员节点。

可选的，所述预设规则具体为：

各个所述区域的边长按照计算关系式

进行设定，其中，d为区域边长，L'为相应区域中最远的两个簇头节点之间的通信距离。

本发明提供了一种制造物联网中的分簇路由的方法，包括：获取待发送的数据信息的优先级，当数据信息的优先级为第一优先级时，通过预先建立的速度优先路由传输数据信息，当数据信息的优先级为第二优先级时，通过预先建立的能量优先路由传输数据信息；第一优先级高于第二优先级。本发明预先建立两条路由，一条是速度优先路由，另一条是能量优先路由，在对数据信息进行传输时可以依据数据信息的优先级选择相应的路由进行数据信息的传输，对于优先级较高的数据信息选择通过速度优先路由进行传输，对于优先级较低的数据信息采用能量优先路由进行传输，本发明在使用的过程中既可以满足优先级较高的数据信息的实时性要求，又在一定程度上实现了能量的均衡，延长了整个网络的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供了一种制造物联网中的分簇路由的方法的流程示意图；

图2为本发明提供的网络模型的结构示意图；

图3为梯度路由的3D结构示意图；

图4为本发明所提供的考虑簇头节点队列长度时的路由模型；

图5为本发明所提供的一种能量优先路由的网络结构示意图；

图6为与图5对应的能量优先路由路径的结构示意图；

图7为本发明所提供的一种考虑簇头节点能量时的能量优先路由路径的结构示意图；

图8为本发明提供的一种实际应用中的部分网络的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种制造物联网中的分簇路由的方法，在使用过程中既可以满足优先级较高的数据信息的实时性要求，又在一定程度上实现了能量的均衡，延长了整个网络的使用寿命。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供了一种制造物联网中的分簇路由的方法的流程示意图，该方法包括：

步骤10：获取待发送的数据信息的优先级；

步骤20：当数据信息的优先级为第一优先级时，通过预先建立的速度优先路由传输数据信息，当数据信息的优先级为第二优先级时，通过预先建立的能量优先路由传输数据信息；第一优先级高于第二优先级。

需要说明的是，制造物联网会传输大量的数据信息，这些数据信息的数据类型不尽相同，并且不同数据类型的数据信息对实时性的要求也不同，例如生产进度数据延迟几秒中不会造成任何影响，而控制数据必须及时的、实时的传输，否则可能会造成较大的影响。所以，本发明基于将不同的数据类型的数据信息按照其对实时性的要求分成不同的优先级，例如数据类型为控制信息的数据信息的优先级为第一优先级(也就是高优先级)，数据类型为生成进度的数据信息的优先级为第二优先级(即低优先级)，并且预先建立两条传输路由(网络中的各个簇头节点均有两条可选的路由用于传输数据信息)，一条是用于传输实时性要求较高的数据信息的速度优先路由，另一条是用于传输对实时性要求不高的数据信息的能量优先路由，具体在传输数据信息时，要根据数据信息的优先级的高低来选择相应的路由传输该数据信息。

需要说明的是，在具体建立速度优先路由和能量优先路由之前，需要预先按照一定的预设规则对制造物联网进行区域划分，也就是对工厂进行区域划分。

可选的，预设规则具体为：

各个区域的边长按照计算关系式

进行设定，其中，d为区域边长，L'为相应区域中最远的两个簇头节点之间的通信距离。

请参照图2，图2为本发明提供的网络模型的结构示意图，其中黑色实心点表示簇头节点，空心原点表示成员节点，中心处的灰色实心点表示汇聚节点，两个簇头节点之间的实线表示簇头路由，簇头节点与成员节点之间的虚线表示成员节点路由。

具体的，由于工厂环境区域划分明确，并且各个无线传感器(成员节点)均部署在相应的设备上，所以本发明中优选的可以按照一定的规则对工厂中的各个成员节点进行区域划分，并且可以使每个区域的大小相等。图2中的各个虚线方格代表工厂的各个区域，并且每个区域都会从该区域的成员节点中选择一个簇头节点，由于各个区域均有一个簇头节点可以使簇头节点在整个工厂中分布比较均匀，在进行数据传输时在一定程度上可以减少能量的消耗，对于其他的成员节点则会加入离自己最近的簇头节点，并且各个簇头节点之间采用多跳的方式传输数据信息。在进行区域划分时，需要使相邻的区域具有最坏情况的通信(也就是要保证区域中通信距离最远的两个成员节点之间可以进行通信)，故要满足d²+(2d²)≤L'²，也就是区域的边长要满足

其中L'可以小于120m，当然，L'的具体取值可以根据实际情况而定，本发明对此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

区域划分完毕后需要在各个区域中选择出一个簇头节点，以便为建立簇头多条路由做准备。

可选的，预先从每个区域内的多个成员节点中分别找到剩余电量值最大的成员节点，并将剩余电量值最大的成员节点确定为相应区域的簇头节点；各个区域均按照预设规则进行划分。

需要说明的是，由于成员节点需要将数据信息通过相应的簇头节点传输至汇聚节点，所以簇头节点所需要消耗的能量较大，因此对于一个区域而言优选的可以从该区域中的所有成员节点中选择剩余电量值最大的成员节点为该区域的簇头节点，可以在一定程度上延长网络的使用寿命。当然，也可以按照其他的规则进行簇头节点的选取，本发明对此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

可选的，从每个区域内的多个成员节点中找到剩余电量值最大的成员节点的过程具体为：

每个区域内的第一成员节点将自身的剩余电量值广播至各自区域内的其他成员节点，第一成员节点为区域内的任意一个成员节点；

其他成员节点接收第一成员节点的剩余电量值，并分别判断自身的剩余电量值是否大于第一成员节点的剩余电量值，如果是，则广播自身的剩余电量值，直至找到剩余电量值最大的成员节点；否则，不进行任何操作，并在预设时间内没有接收到其他成员节点的广播，则将第一成员节点确定为剩余电量值最大的成员节点。

具体的，对于某个区域而言，在具体进行簇头节点的选择时，可以从该区域中的所有的成员节点中任意找出一个成员节点(可以称为第一成员节点)，该第一成员节点广播自己的剩余电量值至该区域中的其他的成员节点，其他成员节点在接收到第一成员节点的广播后，各自判断自身的剩余电量值是否大于第一成员节点的剩余电量值，如果大于第一成员节点的剩余电量值，则将自身的剩余电量值广播至其他的成员节点，依次类推直至找到剩余电量值最大的成员节点，并且当前发出广播的成员节点在预设时间内没有接收到其他成员节点的广播，则说明当前发出广播的成员节点的电量值是最大的，则将当前发出广播的成员节点确定为该区域的簇头节点。

在选择好簇头节点后，簇头节点发出广播消息，邀请周围的成员节点加入簇，同时簇头节点获取邻居簇头节点的距离和数量，为建立簇头多跳路由做准备；成员节点接收到簇头节点发送的邀请后，选择通信距离最近(即Rssi值最大)的簇头加入簇；各个簇头节点根据加入自身的成员节点的数量为每个成员节点分配TDMA时隙。

当然，还可以通过其他方法选择出剩余电量值最大的成员节点，具体采用哪种方法本发明对此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

可选的，速度优先路由的建立过程为：

采用梯度路由算法分别计算出各个簇头节点至汇聚节点的传输速度最大的路径，并将各个传输速度最大的路径分别确定为相应的簇头节点至汇聚节点的速度优先路由。

需要说明的是，本发明中采用梯度路由算法寻找到速度最优的路由，并利用网络中空闲或者轻载的簇头节点来缓解拥堵，减少网络传输延时，其中，梯度越大，则传输速度越快。

还需要说明的是，本发明所提供的速度优先路由可以根据速度优先路由模型进行建立。速度优先路由模型是描述簇头节点如何找到向汇聚节点发送数据最快的路径。在本发明所提供的速度优先路由模型中假设各个簇头节点已经知道自己和其邻居节点距离汇聚节点的最小跳数和通信距离。

根据簇头节点的位置和其距离汇聚节点的最小跳数绘制的3D图，如图3所示，图3为梯度路由的3D结构示意图。由图3可以看出路由环境像盆地，如果把数据包的传输看成流水的话，那么最快的路径就是梯度最大的路径。簇头节点v到簇头节点w的路由梯度计算公式为：

其中，Deep(v)表示簇头节点v距离汇聚节点的最小跳数，Deep(w)表示簇头节点w距离汇聚节点的最小跳数，d_vw表示簇头节点v与簇头节点w之间的通信距离。簇头节点v和簇头节点w之间的深度(即Deep(v)-Deep(w))只能是-1、0或1，所

F_d(v,w)的值越大，则数据信息传输相同的跳数时其通信距离越短。

由于，在利用簇头节点转发数据信息时，簇头节点的转发队列长度对传输延时具有一定的影响。如图4所示，图4为本发明所提供的考虑簇头节点队列长度时的路由模型，其中，1为汇聚节点，则簇头节点5距离汇聚节点的最小跳数为2，簇头节点4距离汇聚节点的最小跳数为2，簇头节点4当前占用的队列长度为b，簇头节点2距离汇聚节点的最小跳数为1，簇头节点2当前占用的队列长度为c，簇头节点3距离汇聚节点的最小跳数为1，簇头节点3当前占用的队列长度为d，当数据信息由簇头节点5向汇聚节点1进行传输时，由于簇头节点2和簇头节点3距离汇聚节点具有相同的跳数。故，簇头节点5将数据信息传输至簇头节点2所需要的时间为T₅₂＝τc；簇头节点5将数据信息传输至距离汇聚节点具有相同跳数的簇头节点3所需要的时间为T₅₃＝τ(b+d)，其中τ为转发一个数据包需要的时间；当c<b+d时，则数据信息由簇头节点5传输至簇头节点2(比到达其他距离汇聚节点具有相同跳数的簇头节点)所需要的时间更少；反之，若c>b+d，则由5→4→3耗时更少，但此时相比于由5→2的路由消耗的能量较大。

综合距离和队列长度的考虑，本发明中优选的计算网络的梯度值的第一计算关系式为F(v,w)＝(1-a)F_d(v,w)+a(1-l/L)，其中，v表示簇头节点v，w表示簇头节点w，a表示队列权重值，l表示当前占用的队列长度，L表示队列总长度。

可选的，采用梯度路由算法分别计算出各个簇头节点至汇聚节点的传输速度最大的路径的过程具体为：

依据洪泛算法使每个簇头节点分别获取各自距离汇聚节点的最小跳数以及下一跳的簇头节点；

各个簇头节点均依据第一计算关系式分别计算出各自与每个邻居簇头节点的路由梯度，并将路由梯度最大的路径确定为传输速度最大的路径；

第一计算关系式为F(v,w)＝(1-a)F_d(v,w)+a(1-l/L)。

具体的，依据上述所述的速度优先路由模型，本发明中可以采用洪泛算法使每个簇头节点分别获取各自距离汇聚节点的最小跳数以及下一跳的簇头节点，其中，簇头节点在计算与邻居簇头节点的梯度值时，当前占用的队列长度l可以仅考虑两跳之内的当前占用的总队列长度，如图4所示，例如由5→4→3时，则l＝b+d。

需要说明的是，在具体进行速度预先路由建立的过程中，还可以考虑各个簇头节点的能量，也就是各个簇头节点还可以分别判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值，当邻居簇头节点的电量值低于预设阈值(例如为0.1)时，与邻居簇头节点相关的路径不被用于传输数据信息，相应的簇头节点重新计算传输路径。也就是在进行路由选择的过程中，对于电量值较低的簇头节点不将被选中，以避免每轮路由路径上的某个簇头节点因为能量过低而不能使用从而影响数据信息的传输。

还需要说明的是，本发明中所提供的能量优先路由可以根据相应的能量优先路由模型进行建立。能量优先模型是描述簇头节点通过多跳传输数据的时候，如何选择能量消耗最低的路径传输数据。本发明中所提供的能量优先路由模型不是完全是选择最近的簇头节点作为下一跳节点，因为有时直接选择最近的簇头节点作为下一跳节点，虽然转发节点能量消耗降低了，但在某些情况下整个路由链路的能量消耗不一定是最低的。

具体的，例如当数据信息由簇头节点1传输至簇头节点3时，其中簇头节点2是距离簇头节点1最近的转发节点，所以簇头节点1可以将数据信息通过簇头节点2传输至簇头节点3，也可以直接将数据信息传输至簇头节点3。

传输过程中的能量消耗可以根据第二计算关系式计算得出，第二计算关系式为E_r＝nkE_elec+∑E_Tx-amp(d_i)，(i∈R)，其中，E_elec表示单位字节数据发送或接收所消耗的能量，n表示R集合中簇头节点的个数，d_i表示簇头节点i与下一跳簇头节点之间的通信距离，k为传输的字节数；

ε_fs为自由空间模型放大系数，ε_mp为衰减空间模型放大系数，

那么，单位字节的数据信息通过1→2→3的路径进行传输时所消耗的能量为E₁₂₃(d₁₂₃)＝E_elec+E_Tx-amp(d₁₂)+E_elec+E_Tx-amp(d₂₃)，其中，d₁₂表示簇头节点1和簇头节点2之间的通信距离，d₂₃表示簇头节点2和簇头节点3之间的通信距离；单位字节的数据信息通过1→3的路径进行传输时所消耗的能量为E₁₃(d₁₃)＝E_elec+E_Tx-amp(d₁₃)，其中，d₁₃表示簇头节点1和簇头节点3之间的通信距离。故：

E₁₂₃(d₁₂₃)-E₁₃(d₁₃)＝E_elec+ε_fs(d₁₂ ²+d₂₃ ²)-E_Tx-amp(d₁₃)，

如果d₁₃≤d₀，则E₁₂₃(d₁₂₃)-E₁₃(d₁₃)＝E_elec+ε_fs(d₁₂ ²+d₂₃ ²-d₁₃ ²)，可以得到：

当

时，1→3的路径能量消耗更低；

当

时，1→2→3的路径能量消耗更低。

如果d₁₃≥d₀，则E₁₂₃(d₁₂₃)-E₁₃(d₁₃)＝E_elec+ε_fs(d₁₂ ²+d₂₃ ²)-ε_mpd₁₃ ⁴，可以得到：

当

时，1→3的路径能量消耗更低；

当

时，1→2→3的路径能量消耗更低。

由上述可知，在实际应用中可以根据实际情况选择能量消耗最低的路由。

可选的，能量优先路由的建立过程为：

采用迪杰斯特拉算法从汇聚节点起，汇聚节点由近及远为各个邻居簇头节点分配相应的计算时间；

汇聚节点发送数据，并通知各个邻居簇头节点按照相应的计算时间并依据第二计算关系式分别计算出各自至汇聚节点能量消耗最小的路径，并将各个能量消耗最小的路径分别确定为相应的簇头节点至汇聚节点的能量优先路径。

可选的，第二计算关系式为E_r＝nkE_elec+∑E_Tx-amp(d_i)，(i∈R)，其中，E_elec表示单位字节数据发送或接收所消耗的能量，n表示R集合中簇头节点的个数，d_i表示簇头节点i与下一跳簇头节点之间的通信距离，k为传输的字节数，

ε_fs为自由空间模型放大系数，ε_mp为衰减空间模型放大系数，

请参照图5，图5为本发明所提供的一种能量优先路由的网络结构示意图。在建立能量优先路由的过程中，采用迪杰斯特拉算法的原理进行寻找，图5中，0为汇聚节点，8为边缘节点，连线值表示这一单跳所需消耗的能量，e表示相应的簇头。

具体的，从汇聚节点开始，汇聚节点根据邻居簇头节点的个数，由近及远为各个邻居簇头节点分配相应的计算时间，并将各自的计算时间广播给相应的邻居簇头节点，此时从汇聚节点0发送数据，通知簇头节点1和簇头节点2依据第二计算关系式先后计算距离汇聚节点0的最短路径，簇头节点1计算时，可以直接得出最小能量消耗为1，簇头节点2计算时，由2→0的路径消耗的能量为5，由2→1→0的路径消耗的能量为4，所以簇头节点2距离汇聚节点0的最短路径为2→1→0，计算之后簇头节点1和簇头节点2分别记录各自的最小能量消耗值以及各自的下一跳节点(即簇头节点1的下一跳节点为0，簇头节点2的下一跳节点为1)。簇头节点1和簇头节点2计算之后，通知其他没有参加计算的邻居簇头节点继续进行计算，直至所有的簇头节点都参与计算。每个簇头节点均计算出各自距离其下一跳簇头节点最近的路径并记录，依次累加即可找到各个簇头节点距离汇聚节点最近的路径，也就是能量消耗最低的路由。例如，簇头节点3找到距离簇头节点1最近的路径为4→2→1，并记录其下一跳簇头节点为2，则簇头节点3距离汇聚节点0最近的路径为4→2→1→0；簇头节点5找到距离簇头节点2最近的路径为5→4→2，并记录其下一跳簇头节点为4，则簇头节点5距离汇聚节点0最近的路径为5→4→2→1→0。具体的，请参照图6，图6为与图5对应的能量优先路由路径的结构示意图，其中黑色实线表示路由路径，箭头指向各个簇头节点的下一跳簇头节点，

另外，在具体进行能量优先路由建立的过程中，还可以考虑各个簇头节点的能量，也就是各个簇头节点可以分别判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值，当邻居簇头节点的电量值低于预设阈值(0.1)时，与邻居簇头节点相关的路径不被用于传输数据信息，相应的簇头节点重新计算传输路径。也就是在进行路由选择的过程中，对于电量值较低的簇头节点不将被选中，以避免每轮路由路径上的某个簇头节点因为能量过低而不能使用从而影响数据信息的传输。例如，图5中的簇头节点4的电量值为0.09，小于预设阈值0.1，则簇头节点4将只会选择4→2发送数据，不再为其他的簇头节点转发数据信息(即不再成为数据转发节点)，具体请参照图7，图7为本发明所提供的一种考虑簇头节点能量时的能量优先路由路径的结构示意图。

可选的，如上述的制造物联网中的分簇路由的方法，方法还包括：

各个簇头节点分别判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值，当邻居簇头节点的电量值低于预设阈值时，与邻居簇头节点相关的路径不被用于传输数据信息，相应的簇头节点重新计算传输路径。

可选的，各个簇头节点均判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值的过程具体为：

当邻居簇头节点的电量值小于预设阈值时，邻居簇头节点向给其发送数据信息的簇头节点发送重新计算路径数据包；

簇头节点接收重新计算路径数据包后确定邻居簇头节点的电量小于预设阈值。

具体的，电量值低于预设阈值的邻居簇头节点不再会进行数据信息的转发，只发送或采集数据信息，使单个簇头节点的使用寿命延长，并在一定程度上延长了整个网络的使用寿命。另外，预设阈值可以为0.1，当然还可以为其他数值，预设阈值的具体数值可以根据实际情况而定，本发明对此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

还需要说明的是，对于建立的能量优先路由，可以在某种情况下对其进行相应的维护，例如当转发数据信息的簇头节点的电量值小于预设阈值时、或者转发数据信息的簇头节点发送失败的次数超过阈值时或者有新的簇头节点加入时，簇头节点都需要根据邻居簇头节点的相关数据重新计算路由，簇头节点计算路由后如果能量消耗值增大，则通知向其转发数据的簇头节点从重复算路由，直至找到能量消耗最低的路由、完成路由更新为止。当然，对于建立的速度优先路由，可以在某种情况下对其进行相应的维护，例如转发数据信息的簇头节点的电量值小于预设阈值时、或者有新的簇头节点加入时、或者队列长度超过设定的阈值时，需要簇头节点重新计算路由梯度值，并选择梯度值最大的簇头节点作为下一跳路由路径即可。

具体的，请参照图8，图8为本发明提供的一种实际应用中的部分网络的结构示意图，其中，0为汇聚节点，其他簇头节点为无线传感器采集节点，D表示簇头节点距离汇聚节点的最小跳数，q为簇头节点发送的队列长度，两点之间的连线表示路由路径，连线的数字代表簇头节点之间的通信距离。

取ε_fs＝10pJ/(bit·m²)，ε_mp＝0.013pJ/(bit·m²)，E_elec＝50nJ/bit，则按照上述所述的第一计算关系式和第二计算关系式可以得出，簇头节点6向汇聚节点0发送数据信息时，能量优先路由为6→2→0，将该路由定为路径1；速度优先路由为6→5→4→0，将该路由定为路径2，则依据簇头节点6发送的数据信息的优先级选择相应的路由路径进行数据信息的传输，高优先级的数据信息采用路径2进行传输，减少传输延时，提高传输实时性，低优先的数据信息采用路径1进行传输，减少能量消耗，延长簇头节点的使用寿命。在对路由进行维护时，例如当簇头节点5的队列长度由1增加到5时，速度优先路由将更新为路径6→3；当簇头节点2的能量低于预设阈值时，则能量优先路由将更新为6→3。

本发明提供了一种制造物联网中的分簇路由的方法，包括：获取待发送的数据信息的优先级，当数据信息的优先级为第一优先级时，通过预先建立的速度优先路由传输数据信息，当数据信息的优先级为第二优先级时，通过预先建立的能量优先路由传输数据信息；第一优先级高于第二优先级。本发明预先建立两条路由，一条是速度优先路由，另一条是能量优先路由，在对数据信息进行传输时可以依据数据信息的优先级选择相应的路由进行数据信息的传输，对于优先级较高的数据信息选择通过速度优先路由进行传输，对于优先级较低的数据信息采用能量优先路由进行传输，本发明在使用的过程中既可以满足优先级较高的数据信息的实时性要求，又在一定程度上实现了能量的均衡，延长了整个网络的使用寿命。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种制造物联网中的分簇路由的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待发送的数据信息的优先级，当所述数据信息的优先级为第一优先级时，通过预先建立的速度优先路由传输所述数据信息，当所述数据信息的优先级为第二优先级时，通过预先建立的能量优先路由传输所述数据信息；所述第一优先级高于所述第二优先级；其中：

所述速度优先路由的建立过程为：

采用梯度路由算法分别计算出各个簇头节点至汇聚节点的传输速度最大的路径，并将各个所述传输速度最大的路径分别确定为相应的簇头节点至汇聚节点的速度优先路由；

所述采用梯度路由算法分别计算出各个簇头节点至汇聚节点的传输速度最大的路径的过程具体为：

依据洪泛算法使每个簇头节点分别获取各自距离所述汇聚节点的最小跳数以及下一跳的簇头节点；

各个所述簇头节点均依据第一计算关系式分别计算出各自与每个邻居簇头节点的路由梯度，并将路由梯度最大的路径确定为传输速度最大的路径；

所述第一计算关系式为F(v,w)＝(1-a)F_d(v,w)+a(1-l/L)，其中，v表示簇头节点v，w表示簇头节点w，a表示队列权重值，l表示当前占用的队列长度，L表示队列总长度，

Deep(v)表示所述簇头节点v距离所述汇聚节点的最小跳数，Deep(w)表示所述簇头节点w距离所述汇聚节点的最小跳数，d_vw表示所述簇头节点v与所述簇头节点w之间的通信距离；其中：

所述能量优先路由的建立过程为：

采用迪杰斯特拉算法从汇聚节点起，汇聚节点由近及远为各个邻居簇头节点分配相应的计算时间；

所述汇聚节点发送数据，并通知各个邻居簇头节点按照相应的计算时间并依据第二计算关系式分别计算出各自至所述汇聚节点能量消耗最小的路径，并将各个所述能量消耗最小的路径分别确定为相应的簇头节点至所述汇聚节点的能量优先路径；其中：

所述第二计算关系式为E_r＝nkE_elec+∑E_Tx-amp(d_i)，(i∈R)，其中，E_elec表示单位字节数据发送或接收所消耗的能量，n表示R集合中簇头节点的个数，d_i表示簇头节点i与下一跳簇头节点之间的通信距离，k为传输的字节数，

ε_fs为自由空间模型放大系数，ε_mp为衰减空间模型放大系数，

2.根据权利要求1所述的制造物联网中的分簇路由的方法，其特征在于，所述方法还包括：

各个所述簇头节点分别判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值，当邻居簇头节点的电量值低于所述预设阈值时，与所述邻居簇头节点相关的路径不被用于传输数据信息，相应的簇头节点重新计算传输路径。

3.根据权利要求2所述的制造物联网中的分簇路由的方法，其特征在于，各个所述簇头节点均判断自身的邻居簇头节点的电量值是否低于预设阈值的过程具体为：

当邻居簇头节点的电量值小于所述预设阈值时，所述邻居簇头节点向给其发送数据信息的簇头节点发送重新计算路径数据包；

所述簇头节点接收所述重新计算路径数据包后确定所述邻居簇头节点的电量小于所述预设阈值。

4.根据权利要求1所述的制造物联网中的分簇路由的方法，其特征在于，所述方法还包括：

预先从每个区域内的多个成员节点中分别找到剩余电量值最大的成员节点，并将所述剩余电量值最大的成员节点确定为相应区域的簇头节点；各个所述区域均按照预设规则进行划分。

5.根据权利要求4所述的制造物联网中的分簇路由的方法，其特征在于，所述从每个区域内的多个成员节点中找到剩余电量值最大的成员节点的过程具体为：

每个所述区域内的第一成员节点将自身的剩余电量值广播至各自区域内的其他成员节点，所述第一成员节点为所述区域内的任意一个成员节点；

其他所述成员节点接收所述第一成员节点的剩余电量值，并分别判断自身的剩余电量值是否大于所述第一成员节点的剩余电量值，如果是，则广播自身的剩余电量值，直至找到剩余电量值最大的成员节点；否则，不进行任何操作，并在预设时间内没有接收到其他成员节点的广播，则将所述第一成员节点确定为剩余电量值最大的成员节点。

6.根据权利要求5所述的制造物联网中的分簇路由的方法，其特征在于，所述预设规则具体为：

各个所述区域的边长按照计算关系式

进行设定，其中，d为区域边长，L'为相应区域中最远的两个簇头节点之间的通信距离。

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