CN108541038B

CN108541038B - 一种无线传感器网络的路由选择方法及系统

Info

Publication number: CN108541038B
Application number: CN201810208846.2A
Authority: CN
Inventors: 陈桂芬; 李安超; 王义君
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2020-10-13
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: CN108541038A

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络的路由选择方法及系统。所述方法包括：判断当前轮数是奇数轮还是偶数轮，在奇数轮中无线传感器网络中的所有节点节选副簇首和主簇首，在偶数轮中，根据现有的簇群，主簇首和副簇首在簇群内选择出，减小了节点因入簇选择所消耗的能量，并且在副簇首节点和主簇首节点选择过程中，由传统的根据单一能量选取改为根据能量和节点位置选取，提高了选取的精度，并且采取双簇首机制，提高了系统稳定性。

Description

一种无线传感器网络的路由选择方法及系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别涉及一种无线传感器网络的路由选择方法及系统。

背景技术

无线传感器网络(WSNs，wireless sensor networks)是由部署在监测区域内的大量微型、低功耗的传感器节点根据路由协议自组织形成的网络。由于传感器节点体积微小、处理能力与携带能量有限，研究合理高效的路由算法显得极为重要。合理的路由算法能有效的延长网络生命周期，提高网络能量效率。路由算法可以根据拓扑结构的类型分为平面型与分簇型路由算法。相比于平面型算法，分簇型路由算法可拓展性强，网络性能优异，更适用于大规模网络。

分簇型路由算法中靠近基站的簇首同时执行接收、融合和传输数据任务，网络负担重，很容易因能量耗尽而失效。这一现象被称为“能量热区”问题。为解决这一问题，Soro等人经过研究，提出了非均匀分簇的思想。李成法等人提出了一种非均匀分簇算法EEUC(Energy-Efficient Uneven Clustering，EEUC)，对解决“能量热区”问题十分有效。

EEUC算法是李成法等人为解决“能量热区”问题而提出的一种非均匀分簇路由方案。该算法通过设立非均匀的竞争半径公式，使靠近基站的簇规模变小，从而均衡网络能量消耗，延长生命周期。整体算法分为簇首竞争阶段和簇间多跳阶段。算法实现原理如下：

(1)簇的竞争阶段：

首先每个节点产生0到1的随机数，当该随机数小于预先设定的阈值，则该节点担任簇首，同时若某一节点成功竞选簇首，则在它竞争半径内的所有待选节点退出竞争。竞争半径公式如下式：

其中d_max与d_min分别为网络中节点距离基站的最大、最小距离，d(s_i,BS)代表当前节点距离基站的距离，R_cmax为最大竞争半径，c为待定系数，通过c的设定，可以使竞争半径的取值在一定范围内调节。

簇首节点确立后，便会向邻居节点广播入簇消息，非簇首节点收到此消息时，根据收到消息信号的强弱，选择最强信号的簇首节点加入。

(2)簇间多跳阶段：

在簇间多跳阶段，簇首选择使能量开销指标最小的节点作为其中继节点。能量开销指标公式如下式：

E_relay＝d²(s_i,s_j)+d²(s_j,BS)

通过不断的选取下一跳节点，最终将数据传送给基站。

但是EEUC算法随机选取簇首，没有充分考虑节点的剩余能量和位置因素，很容易导致低能量节点当选簇首，从而加速网络的死亡。在簇间多跳阶段，仅以距离作为中继节点的评价标准，很容易产生局部最优整体较差现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线传感器网络的路由选择方法及系统，为了提高无线传感器网络的持续时间和整体性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无线传感器网络的路由选择方法，所述方法包括如下步骤：

判断当前有选择的轮数r为是否为奇数轮，r为大于等于1的整数，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为是，则根据节点的剩余能量、位置分布确定副簇首节点；

根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇；

选取每个簇中的主簇首节点；当所述主簇首节点有剩余能量时，所述主簇首节点用于收集簇内数据，所述副簇首节点用于传输数据，当所述主簇首节点没有剩余能量时，所述副簇首节点用于收集簇内数据和传输数据；

若所述第一判断结果为否，则根据上一轮划分的簇，选取每个簇中的主簇首节点和副簇首节点；

采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点。

可选的，所述根据节点的剩余能量、位置分布及竞争半径确定副簇首节点，具体包括：

根据节点的位置分布，利用公式(1)计算每个节点当选概率；

其中，d_max表示节点距离基站的最远距离，d_i表示当前节点i距离基站的距离，d_avg表示所有节点距离基站的平均距离，E_r(i)表示r轮时当前节点的剩余能量，

表示r轮时所有节点的平均能量；

根据每个节点的当选概率，利用公式(2)计算每个节点的当选阈值；

其中，

代表着r与1/p_i的余数；

每个节点产生一个随机数，所述随机数大于等于0且小于等于1；

将所述随机数小于所述当选阈值的节点，作为副簇首节点。

可选的，根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇，具体包括：

使普通节点进入与其最近的副簇首节点的簇，所述普通节点为无线传感器网络中除了副簇首节点之外的节点，将无线传感网络划分为多个簇。

可选的，所述选取每个簇中的主簇首节点，具体包括：

将每个簇中在淘汰区域内的普通节点删除，获得每个簇的候选节点；所述淘汰区域为以每个簇中的副簇首节点为中心，以竞争半径为半径的圆所围成的区域；

利用公式(3)计算每个簇中的每个候选节点的当选权重m_ij；

其中，m_ij表示第i个簇中第j个候选节点的当选权重，

表示第i个簇内普通节点的平均能量，D_ij表示第i个簇内候选节点j距离其他候选节点的距离和；D_ijavg表示第i个簇内候选节点j距离其他候选节点距离的平均值，d_ji表示第i个簇内候选节点j距离副簇首节点的距离，d_avg,i表示第i个簇内候选节点距离副簇首节点的平均距离；

选取每个簇中当选权重最大的候选节点作为该簇的主簇首节点。

可选的，所述采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点，具体包括：

将无线传感器网络划分为多级同心圆网络；

在第一级同心圆网络中的节点直接与基站进行通信，无中继节点；

在第k级同心圆网络中，根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数选择中继节点，k＝2，……，K，K为同心圆网络的级数。

可选的，所述将无线传感器网络划分为多级同心圆网络，具体包括：

利用公式(4)确定所述多级同心圆网络的半径变化值Δd；

其中，c表示常数，

K表示同心圆网络的级数，d_th表示节点发送距离阈值，

D表示监测区域边长，E_elec表示发射电路的能耗、ε_fs表示功率放大的能耗；

根据所述半径变化值将所述无线传感器网络划分为多级同心圆网络。

可选的，所述在第k级同心圆网络中，根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数选择中继节点，k＝2，……，K，K为同心圆网络的级数，具体包括：

根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数利用公式(5)计算评价指标；

表示s_j所在区域节点的平均能量，T_j表示s_j的数据转发次数，

表示s_j所在区域节点的平均数据转发次数，α、β和γ总和为1；

选取所述评价指标最小的节点作为中继节点。

一种无线传感器网络的路由选择系统，所述选择系统包括：

处理模块，用于判断当前有选择的轮数r为是否为奇数轮，r为大于等于1的整数，获得第一判断结果；

第一副簇首选择模块，用于若所述第一判断结果为是，则根据节点的剩余能量、位置分布确定副簇首节点；

第一簇划分模块，用于根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇；

第一主簇首选择模块，用于选取每个簇中的主簇首节点；当所述主簇首节点有剩余能量时，所述主簇首节点用于收集簇内数据，所述副簇首节点用于传输数据，当所述主簇首节点没有剩余能量时，所述副簇首节点用于收集簇内数据和传输数据；

第二主簇首选择模块，用于若所述第一判断结果为否，则根据上一轮划分的簇，选取每一个簇中的主簇首节点和副簇首节点；

中继节点选择模块，采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点，所述中继节点用于实现簇间信号的传输。

可选的，所述第一副簇首选择模块，具体包括：

当选概率计算子模块，用于选择模块根据节点的位置分布，利用公式(1)计算每个节点当选概率；

表示r轮时所有节点的平均能量；

当选阈值计算子模块，用于根据每个节点的当选概率，利用公式(2)计算每个节点的当选阈值；

其中，

代表着r与1/p_i的余数；

随机数产生子模块，用于使每个节点产生一个随机数，所述随机数大于等于0且小于等于1；

副簇首节点选择子模块，用于将所述随机数小于所述当选阈值的节点，作为副簇首节点。

可选的，所述第一簇划分模块，具体包括：

第一簇划分子模块，用于使普通节点进入与其最近的副簇首节点的簇，所述普通节点为无线传感器网络中除了副簇首节点之外的节点，将无线传感网络划分为多个簇；

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种无线传感器网络的路由选择方法及系统，判断当前轮数是奇数轮还是偶数轮，在奇数轮中无线传感器网络中的所有节点节选副簇首和主簇首，在偶数轮中，根据现有的簇群，主副簇首在簇群内选择出，减小了节点因入簇选择所消耗的能量，并且在副簇首节点和主簇首节点选择过程中，由传统的单一能量选取改为根据能量和节点位置选取，提高了选取的精度，并且采取双簇首机制，提高了系统稳定性。

在中继节点选择过程中采用不同等级节点采用不同的评价指标，解决了传统算法中导致的局部最优现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种无线传感器网络的结构图；

图2为本发明提供的一种无线传感器网络的路由选择方法的流程图；

图3为本发明提供的一种无线传感器网络的路由选择系统的结构框图；

图4为本发明提供的一种无线传感器网络的路由选择方法的具体的实施方式的非均匀分簇网络模型示意图；

图5为本发明提供的一种无线传感器网络的路由选择方法的具体的实施方式的簇首选择方式流程图；

图6为本发明提供的一种无线传感器网络的路由选择方法的具体的实施方式的候选节点选择示意图；

图7为本发明提供的多级同心圆网络划分示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

无线传感器网络概述：传感器网络的三要素为传感器、用户和感知对象。整体结构如图1所示。由于感知区域环境恶劣，传感器数目众多，所以传感器以随机部署的方式自组织的形成无线网络，以单跳或多跳的方式将采集到的信息传送到汇聚节点。汇聚节点可以将传感器网络与远程通信设施进行连接，比如通过互联网或通信卫星将采集的数据传送到用户。

异构无线传感器网络：传统分簇路由算法的应用环境为同构无线传感器网络，要求部署的节点所有属性相同，算法要求十分严格。在最近的研究中，异构无线传感器网络逐渐走进人们的视野。异构无线传感器网络是指由不同类型的传感器节点所组成的网络，可以根据节点的感测、计算、能量和通信能力划分为四种类型：计算能量异构型、节点能量异构型、和网络协议异构型。在实际中，由于运输、电池批次、储存等问题，节点配置的初始能量不可能完全相同，因此，节点能量异构型传感器网络更易实现且更符合实际。

多级能量异构网络能量模型：在多级能量异构传感器网络中，每个节点分配一个不相同的能量增益倍数a，假设初始最低能量为E_o，则所有节点的能量被限制在[E_o,E_o(1+a_max)]的区间内，其中a_max为所有能量增益倍数a_i的最大值。

无线通信能量消耗模型：节点发送数据所消耗的能量可分为发送数据能耗E_Tx(l,d)、接收数据能耗E_Rx(l)两部分组成。如下式：

其中l为发送的数据大小；E_elec为发射电路的能耗；ε_fs和ε_mp为功率放大的能耗；d₀为节点有效距离的阈值。而节点进行数据融合也需要消耗部分能量，数据融合能耗E_c。具体公式如下式：

E_Rx(l)＝lE_elec

E_c＝(M+1)lE_DA

其中E_DA为单位数据融合的能耗，M为簇内成员的节点数。在数据融合阶段，目前已经有很多性能优异的融合算法，因此假设采集的数据具有一定的冗余性，簇首节点可以将簇内采集的数据融合成一定长度的数据包并进行转发。

无线传感器网络中的节点具有以下性质：

节点具有唯一的编号(ID)，在监测区域内随机分布，且部署后不再移动；

基站位置固定且处理能力与能量无限；

节点具有位置感知能力，可根据接收信号的强度RSSI定位各自位置；

每个节点具有与基站直接通信的能力；

节点通信功率可以根据通信距离进行调节。

如图2所示，本发明提供了一种无线传感器网络的路由选择方法，所述选择方法包括如下步骤：

步骤201，判断当前有选择的轮数r为是否为奇数轮，r为大于等于1的整数，获得第一判断结果；

步骤202，若所述第一判断结果为是，则根据节点的剩余能量、位置分布确定副簇首节点；具体包括：根据节点的位置分布，利用公式(1)计算每个节点当选概率。

表示r轮时所有节点的平均能量。

根据每个节点的当选概率，利用公式(2)计算每个节点的当选阈值。

其中，

代表着r与1/p_i的余数。

每个节点产生一个随机数，所述随机数大于等于0且小于等于1。

将所述随机数小于所述当选阈值的节点，作为副簇首节点。

步骤203，根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇；具体包括：使普通节点进入与其最近的副簇首节点的簇，所述普通节点为无线传感器网络中除了副簇首节点之外的节点，将无线传感网络划分为多个簇。

步骤204，选取每个簇中的主簇首节点；当所述主簇首节点有剩余能量时，所述主簇首节点用于收集簇内数据，所述副簇首节点用于传输数据，当所述主簇首节点没有剩余能量时，所述副簇首节点用于收集簇内数据和传输数据。

步骤205，若所述第一判断结果为否，则根据上一轮划分的簇，选取每个簇中的主簇首节点和副簇首节点。

所述选取每个簇中的主簇首节点具体包括：

将每个簇中在淘汰区域内的普通节点删除，获得每个簇的候选节点；所述淘汰区域为以每个簇中的副簇首节点为中心，以竞争半径为半径的圆所围成的区域。

利用公式(3)计算每个簇中的每个候选节点的当选权重m_ij。

其中，m_ij表示第i个簇中第j个候选节点的当选权重，

表示第i个簇内普通节点的平均能量，D_ij表示第i个簇内候选节点j距离其他候选节点的距离和；D_ijavg表示第i个簇内候选节点j距离其他候选节点距离的平均值，d_ji表示第i个簇内候选节点j距离副簇首节点的距离，d_avg,i表示第i个簇内候选节点距离副簇首节点的平均距离。

步骤206，采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点。具体包括：

将无线传感器网络划分为多级同心圆网络；利用公式(4)确定所述多级同心圆网络的半径变化值Δd；

其中，c表示常数，

K表示同心圆网络的级数，d_th表示节点发送距离阈值，

D表示监测区域边长，E_elec表示发射电路的能耗、ε_fs表示功率放大的能耗。

采用以基站为圆心以半径的变化值的倍数为半径的圆划分多级同心圆网络；

在第k级同心圆网络中，根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数选择中继节点，k＝2，……，K，K为同心圆网络的级数；具体包括：

根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数利用公式(5)计算评价指标。

表示s_j所在区域节点的平均数据转发次数，α、β和γ总和为1。

选取所述评价指标最小的节点作为中继节点。

如图3所示，本发明还提供一种无线传感器网络的路由选择系统，所述选择系统包括：

处理模块301，用于判断当前有选择的轮数r为是否为奇数轮，r为大于等于1的整数，获得第一判断结果；

第一副簇首选择模块302，用于若所述第一判断结果为是，则根据节点的剩余能量、位置分布确定副簇首节点；所述第一副簇首选择模块，具体包括：当选概率计算子模块，用于选择模块根据节点的位置分布，利用公式(1)计算每个节点当选概率；

表示r轮时所有节点的平均能量；

其中，

代表着r与1/p_i的余数；随机数产生子模块，用于使每个节点产生一个随机数，所述随机数大于等于0且小于等于1；副簇首节点选择子模块，用于将所述随机数小于所述当选阈值的节点，作为副簇首节点。

第一簇划分模块303，用于根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇；具体包括：第一簇划分子模块，用于使普通节点进入与其最近的副簇首节点的簇，所述普通节点为无线传感器网络中除了副簇首节点之外的节点，将无线传感网络划分为多个簇。

第一主簇首选择模块304，用于选取每个簇中的主簇首节点；当所述主簇首节点有剩余能量时，所述主簇首节点用于收集簇内数据，所述副簇首节点用于传输数据，当所述主簇首节点没有剩余能量时，所述副簇首节点用于收集簇内数据和传输数据。

第二主簇首选择模块305，用于若所述第一判断结果为否，则根据上一轮划分的簇，选取每个簇中的主簇首节点和副簇首节点。

中继节点选择模块306，用于采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点，所述中继节点用于实现簇间信号的传输。

作为一个具体的实施方式，本发明实现步骤包括两个部分，簇首选取算法及簇间多跳路由协议。图4为非均匀分簇网络模型示意图。簇首节点采用不同的竞争半径，越靠近基站竞争半径越小；簇间采用多跳形式传输数据。

(1)簇首选取算法

簇首选取算法流程框图如图5所示，在簇首选取阶段，根据节点节点的剩余能量、位置分布及竞争半径确定主副簇首节点。由于副簇首节点主要负责传送数据至基站，所以副簇首距离基站的远近显得格外重要。因此，副簇首当选概率公式如下(1)：

其中，d_max表示节点距离基站的最远距离，d_i表示当前节点i距离基站的距离，d_avg表示所有节点距离基站的平均距离。

在选取副簇首时，每个节点产生0到1的随机数，若该随机数小于设定的阈值，则该节点成为副簇首节点。阈值如下式(2)：

当节点距离基站越近且剩余能量越大时，节点当选副簇首的概率越高。当节点当选副簇首后，广播副簇首信息VICE_HEAD_MSG，簇首信息包括当选节点的ID，竞争半径R_c和当前剩余能量E_r。mod函数为取余函数，

代表着r与1/p的余数。

从能量模型的角度分析，当两个副簇首节点距离很近时，会造成簇内节点分布不均，浪费网络能量。因此，本发明在副簇首的选取上引入了非均匀的竞争半径。如图6所示。S₁,S₃可以当选副簇首，而S₂不能当选，因为S₂位于S₁的竞争半径范围内。

当第一个副簇首节点确定，在其淘汰半径内的所有节点均失去竞争簇首的机会。竞争半径公式如下式：

其中R_max是竞争半径的最大取值，d_i表示当前副簇首节点距离基站距离，d_min和d_max分别代表节点距离基站最近与最远距离，μ代表一个可变参数，可以根据检测区域的面积及节点能量进行适当调节。在非均匀分簇算法中，靠近基站的簇首不仅需要接收簇内节点数据，还需接收来自簇首间的数据，因此靠近基站的簇首的竞争半径应较小；同时大的竞争半径意味着簇内节点数目较多，需要较大的能量以支撑。

副簇首选定后，普通节点根据最近的副簇首进行入簇。在簇内，进行主簇首的选取过程。由于主簇首主要收集簇内节点采集的数据，因此，选择距离所有簇内节点距离最近且能量较高的节点当选主簇首最为合理，同时，主簇首还需将压缩数据传送至副簇首，主副簇首节点间的距离也是影响主簇首当选的因素。综合上述分析，设定的主簇首当选公式如下式：

其中，

表示第r轮中i簇内普通节点的平均能量，D_j表示簇内节点j距离其他普通节点的距离和，D_avg表示簇内节点距离其他普通节点距离的平均值，d_ji表示簇内节点j距离副簇首节点i的距离，d_avg,i表示簇内节点距离副簇首节点i的平均距离。最后选定使m获得最大的节点当选簇首主簇首。节点当选主簇首后簇内广播主簇首当选信息MAIN_HEAD_MSG，当簇内其他节点接收到主簇首当选信息后立即退出竞选，并广播退选信息QUIT_ELECTION_MSG，进入休眠模式，直到全部节点部署完成。

主副簇首选定后执行数据收集工作，当主簇首剩余能量低于一定门限E_th时，便向簇内所有节点广播一个DYING_MAINHEAD_MSG消息，簇内节点收到该广播信号后，会将采集的数据传送给副簇首，副簇首节点将同时执行主副簇首功能，直至下个周期主副簇首再次选出，保证了系统稳定性。系统模型如图5所示。E_th可以根据簇内节点平均能量

给出，如下式：

从第二轮循环开始，为减少节点频繁参与簇首选取过程，我们设定奇数轮中采用全局节点选取簇首，偶数轮簇首从奇数轮簇内选取，这样，节点因入簇选择中所消耗的能量将减少一半。在偶数轮中，副簇首选取的机制可以简化为以下公式：

其中，e_r(i)表示当前轮数该节点的剩余能量，

表示该簇内所有节点的平均能量，d'_max表示该簇内节点距离基站的最远距离，d'_avg表示该簇内所有节点距离基站的平均值。

(2)簇间多跳路由协议

当主副簇首选定后，将执行数据采集和传输过程。同时副簇首间采用多跳通信方式最终将数据汇聚到基站。EEUC算法主要考虑两个指标：距离中继节点的位置d²(s_i,s_j)和中继节点到基站的位置d²(s_j,BS)，并最终使评价指标E_relay＝d²(s_i,s_j)+d²(s_j,BS)获得最小的待选节点作为中继节点。这样的机制，很容易造成局部评价指标最好而整体评价指标较差的局部最优现象。因此，本发明将网络划分为多级同心圆网络，对每一级圆环内节点采用不同的多跳方式，分层考虑中继节点的选择。网络划分如图7所示。

假定Δd如下式(4)：

其中c为待定系数，可以根据检测区域的面积进行调整。假设检测区域边长为D，基站位于检测区域外，共划分为K级同心圆网络。为了使K级同心圆网络能完全覆盖检测区域，需满足KΔd≥D公式，对上述公式进行求解可以得出c系数的公式：

同时，当Δd≥d_th的情况下，会导致内环节点负担过重，不利于网络能量均衡，因此，最终确定的c系数的公式如下式：

网络划分确定后，在Ⅰ区内节点(d(s_j,BS)＜Δd)直接与基站进行通信；在Ⅱ区以上的节点(d(s_j,BS)＞Δd)选择多跳通信方式与基站通信。

网络中节点最大转发跳数公式如下式：

其中floor()函数代表向上取整函数。

在多跳执行阶段，中继节点的选择按照逐级递减的方式进行，如Ⅲ区内节点与基站通信的路线为Ⅲ→Ⅱ→Ⅰ。中继节点的选择可以根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数决定。评价指标如下式所示：

其中

表示s_j所在区域节点的平均数据转发次数，α、β和γ总和为1。最终，节点s_i选择使E_relay获得最小的节点s_j作为下一跳节点。

可见，本发明公开的一种无线传感器网络的路由选择方法及系统具有以下优点：

(1)本发明改进了簇首选取公式，由传统的根据单一能量选取改为根据能量和节点位置选取，综合考虑所有因素；

(2)由传统的每轮重复入簇选择改为每两轮进行入簇选择，减少了节点因入簇选择所消耗的能量；

(3)在本发明中，当主簇首失效后，副簇首可以同时执行主副簇首功能，提高了系统稳定性。

(4)在簇间传输阶段，由传统的单一评价指标改为不同等级节点具有不同的评价指标，解决了传统算法中会导致的局部最优现象。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

Claims

1.一种无线传感器网络的路由选择方法，其特征在于，所述选择方法包括如下步骤：

若所述第一判断结果为是，则根据节点的剩余能量、位置分布确定副簇首节点；所述根据节点的剩余能量、位置分布及竞争半径确定副簇首节点，具体包括：

根据节点的位置分布，利用公式(1)计算每个节点当选概率；

表示r轮时所有节点的平均能量；

其中，

代表着r与1/p_i的余数；

将所述随机数小于所述当选阈值的节点，作为所述副簇首节点；

根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇；

若所述第一判断结果为否，则根据上一轮划分的簇，选取每个簇中的主簇首节点和簇首节点；

采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的路由选择方法，其特征在于，根据所述副簇首节点将无线传感网络划分为多个簇，具体包括：

使普通节点进入与其最近的副簇首节点的簇，所述普通节点为所述无线传感器网络中除了所述副簇首节点之外的节点，将所述无线传感网络划分为多个簇。

3.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的路由选择方法，其特征在于，所述选取每个簇中的主簇首节点，具体包括：

利用公式(3)计算每个簇中的每个候选节点的当选权重m_ij；

其中，m_ij表示第i个簇中第j个候选节点的当选权重，

4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的路由选择方法，其特征在于，所述采用多跳方式获得簇间通讯的中继节点具体包括：

将所述无线传感器网络划分为多级同心圆网络；

5.根据权利要求4所述的一种无线传感器网络的路由选择方法，其特征在于，所述将所述无线传感器网络划分为多级同心圆网络，具体包括：

利用公式(4)确定所述多级同心圆网络的半径变化值Δd；

其中，c为常数，

K为同心圆网络的级数，d_th表示节点发送距离阈值，D表示监测区域边长，E_elec表示发射电路的能耗，ε_fs表示功率放大的能耗；

6.根据权利要求4所述的一种无线传感器网络的路由选择方法，其特征在于，所述在第k级同心圆网络中，根据下一跳节点的位置、剩余能量和转发次数选择中继节点，k＝2，……，K，K为同心圆网络的级数，具体包括：

选取所述评价指标最小的节点作为中继节点。

7.一种无线传感器网络的路由选择系统，其特征在于，所述选择系统包括：

所述第一副簇首选择模块，包括：

表示r轮时所有节点的平均能量；

其中，

代表着r与1/p_i的余数；

副簇首节点选择子模块，用于将所述随机数小于所述当选阈值的节点，作为副簇首节点；

第二主簇首选择模块，用于若所述第一判断结果为否，则根据上一轮划分的簇，选取每个簇中的主簇首节点和簇首节点；

8.根据权利要求7所述的一种无线传感器网络的路由选择系统，其特征在于，所述第一簇划分模块，具体包括：

第一簇划分子模块，用于使普通节点进入与其最近的副簇首节点的簇，所述普通节点为无线传感器网络中除了副簇首节点之外的节点，将无线传感网络划分为多个簇。