專利名稱：一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是利用生物學(xué)中蟻群算法的基本原理， 提出一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)路由協(xié)議，解決資源受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 高效路由問題，此路由協(xié)議適合于分層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，應(yīng)用此路由 協(xié)議能夠減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，平衡網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點之間的能量消耗，防止部分節(jié) 點因能量消耗過快而死亡，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
背景技術(shù)：
短距離無線通信、微電子與傳感器技術(shù)的發(fā)展使得傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了巨大的進步。 傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并帶來 一場新的信息技術(shù)革命。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由多學(xué)科高度交叉而形成的新興前沿研究熱點領(lǐng) 域，其綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等。傳感 器網(wǎng)絡(luò)通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知、采集和處理各種環(huán)境或監(jiān)測對 象的信息傳感器節(jié)點自組成網(wǎng)，以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端，從而真正 實現(xiàn)"無處不在的計算"。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于監(jiān)控溫度、濕度、壓力、土壤構(gòu)成、噪聲、機械應(yīng)力等多種環(huán) 境參數(shù)，使用戶可以深入的了解和把握周圍的環(huán)境信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機部署、自組 織、環(huán)境適應(yīng)性等特點使其在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、搶險救災(zāi)以及商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng) 域具有廣闊的應(yīng)用前景和較高的應(yīng)用價值。另外，在空間搜索和災(zāi)難拯救等特殊領(lǐng)域，無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)也有其得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，存在一個或多個節(jié)點充當數(shù)據(jù)匯聚點(Sink節(jié)點)，網(wǎng)絡(luò)中傳感器 節(jié)點收集數(shù)據(jù)，并通過多跳的方式傳送到Sink節(jié)點，Sink節(jié)點將收集到的數(shù)據(jù)通過有線或無 線的方式傳送給用戶。在通信方式上，無線電、紅外、聲波等多種無線通信技術(shù)的發(fā)展為傳 感器間通信提供了多種選擇，尤其是以IEEE802.15.4為代表的短距離無線電通信標準的出現(xiàn)， 為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
路由技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。從路由的角度看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有其自身的 特點，既不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，又不同于移動自組網(wǎng)(Mobile Ad hoc Network, MANET)。與傳 統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、編址方法和通信協(xié)議不同于Internet;傳感器網(wǎng) 絡(luò)路由協(xié)議面向多到一的數(shù)據(jù)流和一到多的控制流，而非任意源和目的對之間的數(shù)據(jù)傳輸； 傳輸過程中采用數(shù)據(jù)融合方式，其路由以數(shù)據(jù)而非報文為中心；節(jié)點的移動性較低，但由于 節(jié)點死亡、新節(jié)點加入以及節(jié)點睡眠和活動狀態(tài)切換使得網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化。與Adhoc網(wǎng)絡(luò) 相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動性較弱，但能量約束更強，節(jié)點更容易死亡。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議設(shè)計的主要優(yōu)化目標是減少能量消耗和保持節(jié)點能量消耗均衡，提高網(wǎng)絡(luò)生命周期。
傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、保持網(wǎng)絡(luò)的連通性和提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì) 量為主要目標。在路由實現(xiàn)中，首先利用網(wǎng)絡(luò)層定義的邏輯上地址來區(qū)別不同節(jié)點以便實現(xiàn) 數(shù)據(jù)交換，然后通過路由選擇算法決定到達目的地的最佳路徑。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，雖然 WSN具有與無線自組織網(wǎng)絡(luò)相似的特征，但在網(wǎng)絡(luò)特點、通信模型和數(shù)據(jù)傳輸需求方面卻與 傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)有著很大不同。這主要表現(xiàn)在
(1) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量受限，網(wǎng)絡(luò)中的每個操作、計算以及相互間的通信都會消 耗電池能量， 一旦某些節(jié)點特別是一些關(guān)鍵節(jié)點因能量耗盡而死亡，將會影響到整個網(wǎng)絡(luò)的 連通性以及整個監(jiān)測任務(wù)的順利進行。
(2) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)是任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點數(shù)量大， 且隨機分布，每個傳感器節(jié)點沒有全局唯一的標識或地址。
(3) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相鄰節(jié)點的數(shù)據(jù)存在信息冗余，需要采用一定的信息融合來減少數(shù) 據(jù)發(fā)送量，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。
(4) 頻繁變化的拓撲結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點因能量消耗或者人為破壞而死亡，新節(jié)點的加入， 節(jié)點在睡眠與工作狀態(tài)之間切換，部分節(jié)點的移動等因素使得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化。
(5) 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點和物理環(huán)境交互密切，WSN的通信構(gòu)架及其所提 供的服務(wù)都是針對每個特定的應(yīng)用而設(shè)計的。WSN數(shù)據(jù)在傳輸過程中，中間傳感器節(jié)點需要 針對特定應(yīng)用，對來自其他節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)以及自身采集的數(shù)據(jù)進行融合，緩存和轉(zhuǎn)發(fā)。
綜上所述，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議不適合在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明針對傳感器網(wǎng)絡(luò) 的自身特性，設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議應(yīng)該滿足以下條件 (1)能源有效性
能量嚴格受限是傳感器節(jié)點最顯著的特點，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點只攜帶有限
的、不可更換的電源，節(jié)點計算、存儲能力弱；能量節(jié)約是傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計得最主 要目標。典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作在人類無法忍受的惡劣環(huán)境，甚至是人類無法到達的環(huán) 境，比如火山周圍， 一旦電池耗盡，將無法更換。設(shè)計有效的路由協(xié)議節(jié)約節(jié)點能源、延長 網(wǎng)絡(luò)的生命周期就成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的核心問題。
(2) 簡單性
相對于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)而言，傳感器節(jié)點的運算和存儲能力嚴格受限，這種硬件資源有限 的節(jié)點卻承擔著信息采集和路由雙重功能，這就要求為這種節(jié)點資源有限的特殊網(wǎng)絡(luò)"量身定 制"一種簡單有效的路由協(xié)議，要求路由協(xié)議的報文和算法簡單有效，實現(xiàn)的程序代碼短小精 悍，路由表項盡可能少。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，因此要求通信協(xié)議具有很強的可擴 展性，能夠動態(tài)地適應(yīng)節(jié)點規(guī)模的變化，保證通信質(zhì)量。
(3) 多路性
為了避免單個節(jié)點的失效影響整個網(wǎng)絡(luò)的效率，要求每個節(jié)點盡可能維護多條路由，維 護多條路由是指每個節(jié)點同時維護去往Sink節(jié)點的多條路徑，只有當所有路由都失效時，才 按需發(fā)起路由請求過程，從而降低路由請求頻率、分組等待延時和協(xié)議開銷。
(4) 數(shù)據(jù)融合
為了減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中冗余信息的發(fā)送，盡可能地節(jié)省傳感器節(jié)點的能量，路由協(xié) 議的設(shè)計需要以數(shù)據(jù)為中心，具備數(shù)據(jù)融合的能力。
現(xiàn)有方案以及優(yōu)缺點傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由被分為平面路由和分層路由，在平面結(jié)構(gòu)
中，所有節(jié)點的地位是平等的，不存在任何等級和層次差異，原則上不存在瓶頸問題，具有 較好的健壯性。其缺點是可擴充性差，維護動態(tài)變化的路由需要大量的控制信息。分層路由 協(xié)議的基本思想是將傳感器節(jié)點組織成簇，每個簇內(nèi)有一個簇頭。簇頭完成數(shù)據(jù)聚集和合成， 并負責將數(shù)據(jù)傳送給Sink節(jié)點。這種網(wǎng)絡(luò)組織方式有效地維持傳感節(jié)點的能量消耗，延長網(wǎng) 絡(luò)生命周期，且很好的滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，并減少網(wǎng)絡(luò)延遲，其缺點是Sink節(jié)點可 能會成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
LEACH協(xié)議是第一個在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中提出的分層路由協(xié)議。其后的大部分分層路由 協(xié)議都是在它的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，如TEEN、 PEGASIS等。LEACH協(xié)議中的操作是分輪 進行的，每一輪包含簇建立階段和穩(wěn)定階段。在簇形成的階段，選擇簇頭節(jié)點。選取簇頭的 方法為對于一個節(jié)點，隨機選取一個在0到1之間的數(shù)字作為標記值，如果這個標記值小
于一個門限值r(n)的話，節(jié)點《就充當本輪的簇頭節(jié)點。r(")值計算如下:<formula>formula see original document page 8</formula> 其他
其中，iV為網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的總數(shù)；A為一個回合網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點數(shù)；f為己完成的 回合數(shù)。被選為簇頭的節(jié)點廣播自己成為簇頭節(jié)點的消息，網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點根據(jù)接收信息
的強弱加入從屬的簇，完成簇的建立。節(jié)點采用7T)M4的方式通過一跳通信將數(shù)據(jù)傳送給簇 頭，簇頭再將融合后的數(shù)據(jù)傳送給Sink節(jié)點。該協(xié)議采用隨機選舉簇頭的方式避免簇頭過分 消耗能量，提高了網(wǎng)絡(luò)生存時間。
LEACH的優(yōu)點是采用動態(tài)集群，與一般的平面多跳路由協(xié)議和靜態(tài)集群算法相比， LEACH可以延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。LEACH算法的主要缺點是在簇生成過程中沒有考慮節(jié)點的 能量和具體位置。LEACH算法可能選取能量較低的節(jié)點作為簇頭，而且簇頭地理位置分布不 均勻、各個簇內(nèi)節(jié)點的數(shù)量不平衡。由于這些缺點LEACH算法需要花費大量的能量進行重 新成簇和網(wǎng)絡(luò)維護。
蟻群算法是模仿螞蟻行為的一種方法，已經(jīng)被應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議中。這些應(yīng)用 將蟻群算法直接應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計全新傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，或者使用蟻群算法來求 解和優(yōu)化傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。這些路由方法，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，需要花費大量的代價 計算和維持鏈路信息素濃度。
發(fā)明的內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決LEACH算法的不足之處和現(xiàn)有基于蟻群的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 存在的缺陷，此路由協(xié)議是在傳感器網(wǎng)絡(luò)分層分簇的基礎(chǔ)上，提出了基于蟻群算法的傳感器 網(wǎng)絡(luò)路由(ACR)方法。在簇間路由和路由維護上借鑒蟻群算法，此路由協(xié)議相比與LEACH 算法，在簇劃分方法上和簇間路由上有創(chuàng)新，相比與現(xiàn)有的基于蟻群的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議， 由于簇頭節(jié)點數(shù)量有限，在簇間路由和簇頭節(jié)點的路由表維護上借鑒蟻群算法的思想，適合 于傳感器網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明主要是針對分層的傳感器網(wǎng)絡(luò)。分層的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議主要包括三個部分
簇內(nèi)路由、簇間路由和路由維護。簇內(nèi)路由為簇成員節(jié)點將收集的信息傳輸給簇頭節(jié)點，其
中最主要的工作是簇頭選取和簇生成問題；簇間路由為各個簇頭通過多跳的方式將簇內(nèi)收集
的數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點。
本發(fā)明根據(jù)剩余能量確定節(jié)點是否具有競選簇頭的資格；根據(jù)節(jié)點地理位置，利用重復(fù) 分割法進行簇劃分，保證各個簇地理位置均勻，簇內(nèi)節(jié)點數(shù)相近；簇成員節(jié)點通過單跳的方 式將信息傳輸給簇頭。采用蟻群算法，根據(jù)各個鏈路上的信息素濃度選擇路由鏈路，進行簇 間路由，將各個簇的數(shù)據(jù)傳送到Sink節(jié)點；隨著網(wǎng)絡(luò)的運行，周期性計算鏈路的信息素濃度， 并依據(jù)此信息更新節(jié)點路由表，維護路由信息。此路由協(xié)議能夠減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量 消耗，平衡網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點之間的能量消耗，防止部分節(jié)點因能量消耗過快而死亡，延長網(wǎng)絡(luò) 的生命周期。本發(fā)明基于蟻群算法的路由協(xié)議的具體步驟包括協(xié)議的初始化、簇分割、簇 的建立、信息素計算、簇間路由和路由維護
1. 協(xié)議的初始化過程
協(xié)議的初始化是傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇的基礎(chǔ)。在初始化過程中使用洪泛的方法，使得Sink節(jié) 點獲網(wǎng)絡(luò)拓撲和網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點剩余能量信息；傳感器節(jié)點獲取自己距離Sink節(jié)點的跳數(shù)和鄰居 節(jié)點信息。在協(xié)議初始化之后，Sink節(jié)點能夠計算網(wǎng)絡(luò)的總剩余能量和網(wǎng)絡(luò)平均能量；每個 傳感器節(jié)點知道自己的鄰居節(jié)點信息以及各個鄰居節(jié)點到Sink節(jié)點的跳數(shù)。
2. 簇的建立
在協(xié)議初始化的基礎(chǔ)上，依據(jù)節(jié)點剩余能量和網(wǎng)絡(luò)平均能量選擇具有競爭簇頭資格的節(jié) 點，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)節(jié)點的地理位置，劃分傳感器網(wǎng)絡(luò)簇。為了避免剩余能量較低的節(jié)點 當選簇頭而導(dǎo)致部分節(jié)點過快死亡，讓剩余能量高于網(wǎng)絡(luò)平均能量的傳感器節(jié)點具有競爭簇 頭的資格，剩余能量低于網(wǎng)絡(luò)平均能量的傳感器節(jié)點沒有競爭簇頭的資格。在簇劃分中，首 先選擇網(wǎng)絡(luò)中距離較遠的兩個具有競爭簇頭資格的節(jié)點作為簇頭，將網(wǎng)絡(luò)化分成兩個簇，再 在各個簇內(nèi)采用同樣的方法循環(huán)分割，直到網(wǎng)絡(luò)中簇的個數(shù)達到預(yù)先的要求，最后其他節(jié)點 按照就近的原則加入各個簇。此簇分割方法保證簇頭地理位置分布均勻，每個簇中的傳感器 節(jié)點數(shù)相近。
3. 簇間路由
采用蟻群算法進行簇間路由，包括形成簇頭節(jié)點的路由表、計算鏈路信息素濃度和選擇 信息傳輸鏈路；
(1)形成簇頭節(jié)點的路由表每個被選為簇頭的節(jié)點判斷自身路由表中是否存在到所 有鄰居簇頭的路由記錄，如果有，重新計算信息素濃度，使用新計算的信息素濃度、鄰居節(jié) 點剩余能量和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)，更新此路由表記錄；如果沒有則創(chuàng)建新的路由表記錄， 并在此路由表記錄中，填寫鄰居簇頭節(jié)點標識、鄰居節(jié)點剩余能量，鏈路信息素濃度和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)；
(2) 信息素濃度計算鏈路的信息素濃度隨著鏈路上傳輸信息而增多，路徑上的信息素 會隨著時間的推移而揮發(fā)，簇頭節(jié)點/和y'之間的鏈路信息素濃度^的計算方法是
7& <~(1-+aXe"^gya +/、式中P表示信息素的揮發(fā)量，o表示節(jié)點剩余能量在信息素
中所占的比重，/是兩簇頭間的距離，"表示節(jié)點間距離在信息素中所占的比重，計算式的第 一部分是一段時間內(nèi)的信息素的揮發(fā)；第二部分是兩簇頭間的距離以及相鄰簇頭的剩余能量 來計算簇頭間的信息素濃度；
(3) 選擇信息傳輸鏈路當有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，通過各個鏈路的信息素濃度計算選擇各 個鏈路的概率，依據(jù)此概率選擇相應(yīng)的鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸;信息素濃度高的鏈路被選擇的概 率較大；
4.路由維護采用蟻群算法進行路由維護，包括鏈路的信息素濃度的更新和簇頭更換， 根據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)情況和時間的推移，周期性更新路由表中各條鏈路的信息素濃度，進行路 由表更新和維護；采用輪換的方式讓簇內(nèi)最大能量節(jié)點輪流擔任簇頭，并將被替換簇頭的路 由表復(fù)制到新的簇頭。
本發(fā)明所公開的高效的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的主要特點如下
(1) 在簇間路由和路由維護上借鑒蟻群算法，此路由協(xié)議相比與LEACH算法，在簇劃分 方法上和簇間路由上有創(chuàng)新，相比與現(xiàn)有的基于蟻群的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，由于簇頭節(jié)點 數(shù)量有限，在簇間路由和簇頭節(jié)點的路由表維護上借鑒蟻群算法的思想，適合于傳感器網(wǎng)絡(luò)；
(2) 協(xié)議簡單協(xié)議設(shè)計簡單，總體開銷較小，適合于能量受限的傳感器網(wǎng)絡(luò)；
(3) 能量高效網(wǎng)絡(luò)總能量消耗較小，平衡各個節(jié)點的能量消耗，主要體現(xiàn)在基于蟻 群算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)依據(jù)鏈路上的信息素濃度來確定選擇該路徑的概率；在簇劃分階段每個 簇內(nèi)的傳感器節(jié)點數(shù)量相近，總體分布均勻。通過仿真試驗，與LEACH算法相比，ACR能 夠延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期；
(4) 容易形成多經(jīng)路由由于采用蟻群算法進行簇間路由和路由維護，當一條路徑出現(xiàn) 問題時，將不會有信息通過此鏈路傳遞，此鏈路的信息濃度變低，而選擇另外的鏈路進行信 息傳輸，因此具有動態(tài)調(diào)整路由的功能；
(5)支持數(shù)據(jù)融合簇頭節(jié)點對簇內(nèi)收集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，在簇間路由時，中間簇 頭節(jié)點也可以進行數(shù)據(jù)融合。


圖1基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法網(wǎng)絡(luò)模型圖
圖2基于蟻群算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)方法流程圖
圖3 Sink節(jié)點廣播初始化數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)圖
圖4節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)初始化數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)圖
圖5路由應(yīng)答消息結(jié)構(gòu)圖
圖6成簇數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)圖
圖7競爭簇頭數(shù)據(jù)包格式
圖8簇建立流程圖
圖9簇分割流程圖
圖IO路由表條目結(jié)構(gòu)圖
圖ll平均能量消耗曲線圖，(a)為場景I， (b)為場景II 圖12節(jié)點存活數(shù)比較曲線圖(a)為場景I， (b)為場景II
具體實施方案
結(jié)合上述附圖，本發(fā)明提出的基于蟻群的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法，此算法所包括各個部分
的具體實施方式
如下 一.協(xié)議步驟
基于蟻群算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議是針對分層分簇的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的，如圖1 所示。Sink節(jié)點首先獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量情況，每個節(jié)點獲取到Sink 節(jié)點的跳數(shù)，然后采用重復(fù)分割法進行簇劃分，建立傳感器網(wǎng)絡(luò)簇，再基于蟻群算法進行簇 間路由和路由維護。
基于蟻群算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議步驟如下，具體流程如圖2所示。
(1) 初始化通過洪泛的方式，Sink節(jié)點獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓撲和網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點 剩余能量情況，為簇建立創(chuàng)造條件；
(2) 簇的建立根據(jù)預(yù)先設(shè)定的簇頭數(shù)使用重復(fù)分割法劃分出傳感器網(wǎng)絡(luò)簇，保證剩余
能量較大的節(jié)點成為簇頭，完成成簇工作，并使簇內(nèi)節(jié)點數(shù)基本相同以均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負載；
(3) 信息素濃度計算每個被選為簇頭的節(jié)點判斷自身路由表中是否存在到所有鄰居簇 頭的路由記錄，路由表記錄格式如圖IO所示，如果有，重新計算信息素濃度，使用新計算的 信息素濃度、鄰居節(jié)點剩余能量和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)，更新此路由表記錄；如果沒有則創(chuàng) 建新的路由表記錄，并在此路由表記錄中，填寫鄰居簇頭節(jié)點標識、鄰居節(jié)點剩余能量，鏈 路信息素濃度和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)；
(4) 計算鏈路選擇概率和信息傳輸當有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，通過各個鏈路的信息素濃度 計算選擇各個鏈路的概率，依據(jù)此概率選擇相應(yīng)的鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸；
(5) 路由表更新和維護根據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)情況和時間的推移，周期性更新路由表中各
條鏈路的信息素濃度，進行路由表維護。
二. 協(xié)議初始化
協(xié)議初始化的目的是為了讓Sink節(jié)點獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓撲和網(wǎng)絡(luò)的剩余能量情 況，以及節(jié)點知道自己距離Sink節(jié)點的跳數(shù)和鄰居節(jié)點信息。主要步驟如下
(1) Sink節(jié)點廣播msg—qur査詢信息，此信息的結(jié)構(gòu)如圖3所示；
(2) 收到msg_qUr查詢信息的節(jié)點將距離Sink節(jié)點的跳數(shù)域的值加1，若收到多個則以跳 數(shù)值最小的為準，然后廣播數(shù)據(jù)包，結(jié)構(gòu)如圖4所示；并向msg一qur查詢信息的源節(jié)點返回 ack應(yīng)答消息，消息結(jié)構(gòu)如圖5所示；如若收到鄰居節(jié)點的應(yīng)答消息，則向msg一qur査詢信息 中的源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)此應(yīng)答消息；
(3) 通過歩驟(2)， Sink節(jié)點得知網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點到自身的位置，Sink節(jié)點根據(jù)ack消息獲
取網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的個數(shù)n以及每個節(jié)點的剩余能量&， 計算網(wǎng)絡(luò)總能量五t。^-t五,，
網(wǎng)絡(luò)平均能量^^^p-《。^/W;每個傳感器節(jié)點知道自己的鄰居節(jié)點，并知道鄰居節(jié)點到
Sink節(jié)點的跳數(shù)。
協(xié)議初始化工作為簇的建立奠定基礎(chǔ)。
三. 簇的建立
依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)預(yù)先設(shè)定的劃分簇的數(shù)量，在協(xié)議初始化的基礎(chǔ)上進行簇建立，主要過
程如下
(1)由Sink廣播一個開始成簇信息，該信息包含本輪網(wǎng)絡(luò)平均能量五^,。ge信息，該數(shù)據(jù) 包的格式如圖6所示；(2) 網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點收到Sink廣播的成簇信息后，根據(jù)￡,—￡OTera^>0來計算自己是否 有競選簇頭的資格。如果大于零，則表示自己具有競選簇頭資格，從而將自身的Wart^設(shè)置 為c/J ea(&"tof/ve;否則沒有簇頭競選資格，貝U W加w置為cA—wm/ecWe;
(3) 具有競爭簇頭資格的節(jié)點廣播競爭簇頭數(shù)據(jù)包，宣布自己具有競爭簇頭資格，該數(shù) 據(jù)包的結(jié)構(gòu)如圖7所示。由Sink節(jié)點根據(jù)預(yù)先設(shè)定的劃分簇的數(shù)量和具有競爭簇頭資格的節(jié) 點發(fā)出的競選簇頭數(shù)據(jù)包進行簇分割；
(4) 采用TZ)M4機制，簇頭節(jié)點給每個簇內(nèi)節(jié)點分配一個時間片，節(jié)點按照分配時間片 的先后順序發(fā)送數(shù)據(jù)給簇頭。
以上簇建立過程的主要流程如圖8所示。 在簇建立的步驟(3)中的簇分割的主要步驟為
(1) Sink節(jié)點從標記為c/—/zearfje"toriw的節(jié)點中選擇距離最遠的兩個節(jié)點d ， d;
(2) 將剩余節(jié)點按就近原則分成sl, s2兩個簇，兩個簇內(nèi)節(jié)點數(shù)量盡可能相同；
(3) 在sl和《兩個簇內(nèi)分別按照上面兩個步驟進行劃分，分割成更小的子簇；
(4) 重復(fù)進行分割，直至達到預(yù)先設(shè)定的簇的個數(shù)。 以上描述的簇分割過程的主要流程如圖9所示。
四.簇間路由
每個簇頭節(jié)點均保存一張路由表，此路由表記錄和它相鄰簇頭節(jié)點的鏈路信息，此表的 單個條目如圖IO所示。簇間路由需要形成簇頭節(jié)點的路由表、計算信息素濃度和計算選擇鏈 路的概率。
簇頭節(jié)點的路由表形成方法每個被選為簇頭的節(jié)點判斷自身路由表中是否存在到所有 鄰居簇頭的路由記錄，路由表記錄格式如圖10所示，如果有，重新計算信息素濃度，使用新 計算的信息素濃度、鄰居節(jié)點剩余能量和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)更新此路由表記錄；如果沒有 則創(chuàng)建新的路由表記錄，并在此路由表記錄中，填寫鄰居簇頭節(jié)點標識、鄰居節(jié)點剩余能量， 鏈路信息素濃度和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)；
信息素濃度的計算方法簇頭節(jié)點/和y之間的鏈路信息素濃度^的計算方法是 ^ 1(1-/9)^ +/ 式中P表示信息素的揮發(fā)量，"表示節(jié)點剩余能量在信息素
中所占的比重，/是兩簇頭間的距離，P表示節(jié)點間距離在信息素中所占的比重。與蟻群算法 類似，路徑上的信息素會隨著時間的推移而揮發(fā)。所以上面的公式是由兩部分組成的。第一
部分是實現(xiàn)一段時間內(nèi)的信息素的揮發(fā)，初始時信息素濃度為o，揮發(fā)量也為o。第二部分是
啟發(fā)信息，是兩簇頭間的距離以及相鄰簇頭的剩余能量來計算簇頭間的信息素濃度。
鏈路選擇概率的計算方法當某個簇頭要發(fā)送數(shù)據(jù)時，根據(jù)路由表中與相鄰簇頭的信息 素濃度，計算出各個相鄰簇頭被選擇的概率。簇頭i到相鄰簇頭y'發(fā)送數(shù)據(jù)的概率為
^;,)1 g 。式中，W^示可W貞力簇頭/T"—^⑧^頭，點、W^^。 ^用來表示，索
D)1
行為，Ai越小表示各相鄰節(jié)點概率越接近，探索能力越強，A越大表示各相鄰節(jié)點的概率相 差越大，探索能力越弱，但路由收斂的也越快。 五.路由維護
路由維護主要包括鏈路的信息素濃度的更新和隨著簇頭能量消耗過多引起的簇頭變化。 信息素濃度更新傳輸信息的多少和時間推移確定鏈路的信息素濃度，由蟻群算法的原 理可知，路徑上的信息素形成之后并不是一成不變的。當簇頭節(jié)點/以一定的概率將數(shù)據(jù)發(fā) 送到相鄰簇頭節(jié)點乂后，節(jié)點/就會在它的路由表相應(yīng)記錄項中增加信息素濃度，這樣在經(jīng)過 一段時間后，不經(jīng)常使用的路徑信息素濃度就會越來越小，被選擇的概率就會越來越小，這 需要Sink節(jié)點周期性的對全局的信息素濃度進行更新。此外，當節(jié)點死亡或是有新的節(jié)點加 入時，均對信息素進行更新。更新信息素濃度的方法為(1_p;^+axe^^a+W
簇頭更換由于簇頭承擔簇內(nèi)數(shù)據(jù)融合、發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到基站的任務(wù)，因此簇頭消耗 著比普通節(jié)點更多的能量。為了均衡網(wǎng)絡(luò)負載，不讓節(jié)點因能量耗盡而過早死去，采用輪換 的方式擔當簇頭即簇內(nèi)最大能量節(jié)點輪流擔任簇頭任務(wù)。當簇頭變化的時候，舊簇頭將自己 的路由表復(fù)制到新的簇頭。
六.示范性實例分析與相關(guān)工作比較
衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的最核心的指標是能量消耗?；谙伻核惴ǖ膫鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)路由 方法與LEACH算法的最大區(qū)別在于改進了簇頭選舉策略，以及借鑒蟻群算法，將其應(yīng)用到 簇間路由和路由維護中，通過折中考慮能量消耗及傳輸距離來延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。為了驗證 簇路由協(xié)議的有效性，從傳感器網(wǎng)絡(luò)的平均能量消耗以及存活的節(jié)點數(shù)對所提議的路由方法 進行分析和仿真。使用的仿真工具為被業(yè)界公認的仿真工具NS2。
為了測試網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對路由協(xié)議的性能影響，設(shè)置了兩種節(jié)點部署場景
場景I:將100個節(jié)點隨機分布在100X 100m2的區(qū)域內(nèi)；
場景Ih將100個節(jié)點隨機分布在200X200 1112的區(qū)域內(nèi)。
每個無線傳感器節(jié)點的初始能量為2J，共進行3600秒，每20秒選舉一次簇頭。仿真時， 設(shè)定網(wǎng)絡(luò)中有一個信源和一個Sink節(jié)點，Sink節(jié)點距離最近的節(jié)點為75m。
基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法和LEACH在平均能量消耗方面的比較如圖11 的(a)、 (b)所示。
在場景I中，ACR的能量消耗較LEACH有所減小。這表明基于蟻群算法的無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)路由算法延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期，同時使能量的消耗更加均勻地分布到所有節(jié)點中。這 主要是因為基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法通過將簇頭節(jié)點較均勻的分布在整個網(wǎng) 絡(luò)中，從而均衡了網(wǎng)絡(luò)的負載。并且簇內(nèi)節(jié)點只采用一跳路由，簇頭節(jié)點通過蟻群算法折中 選擇能量低和距離近的簇頭將數(shù)據(jù)傳輸出去。這也會使得簇頭節(jié)點每次傳輸?shù)木嚯x都比較近， 節(jié)省了能量。而在LEACH算法中，所有簇頭節(jié)點都會直接與遠距離的Sink節(jié)點進行通信， 這就會輪流引起簇頭節(jié)點能量的顯著下降。因此，本算法的平均能量消耗會較LEACH算法小。
在場景II中，隨著網(wǎng)絡(luò)場景的擴大，ACR的能量消耗較LEACH有明顯減小。這是因為 在大場景下，LEACH算法中的隨機選舉簇頭以及簇頭遠距離傳輸?shù)娜秉c進一步暴露，而基于 蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法經(jīng)過多跳路由傳輸數(shù)據(jù)，所以對于大區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)具有更 強的適應(yīng)性。
基于蟻群算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法和LEACH在節(jié)點存活數(shù)方面的比較如圖12的(a) 和(b)所示。
在場景I中，對于LEACH在進行到第160輪左右時，幾乎已無節(jié)點存活，而基于蟻群 算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法依然有60個左右的節(jié)點存活，這就說明該算法很大程度上延 長了整個網(wǎng)絡(luò)的生存周期。這主要是因為本算法在簇頭選舉階段就通過選舉節(jié)點能量足夠大 的節(jié)點作為簇頭，從而使得低能量節(jié)點能夠延長它們的生命周期。此外，在簇間路由時，利 用蟻群算法，將簇頭節(jié)點的剩余能量加入信息素濃度的計算中，這樣，選擇下一跳節(jié)點時， 通過一定概率選擇能量較大的節(jié)點，從而避免了單一節(jié)點因能量消耗過大而過早死亡，延長 了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
在場景II中，基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的優(yōu)勢進一步得到了體現(xiàn)-LEACH在進行到第135輪左右時，幾乎已無節(jié)點存活，而基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路 由方法依然有90個左右的節(jié)點，這是因為在大場景環(huán)境下，LEACH算法形成的簇在很多情 況下都無法達到最優(yōu)化，這樣使得簇內(nèi)節(jié)點與簇頭的通信距離加大，聚類內(nèi)部的通信能量消
耗也隨之加大。另外，由于簇頭與Sink節(jié)點的距離變遠，簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)到Sink節(jié)點的能耗 必然也會加大，這勢必加速了節(jié)點的死亡。而在基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法中， 首先簇頭節(jié)點不是直接與Sink節(jié)點通信的，再者，簇頭在選擇下一跳時，是通過計算包含距 離與相鄰簇頭剩余能量的信息素濃度來以一定的概率進行的。因此，通過選擇大能量的簇頭 作為下一跳，必然會使得節(jié)點的死亡率降低，從而延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。
綜上所述，基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法在平均能耗、節(jié)點存活數(shù)以及延長 網(wǎng)絡(luò)生命周期方面較LEACH算法而言都表現(xiàn)出了良好的性能。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大， 本方法將表現(xiàn)出更好的性能，顯示了良好的可擴展性。
符號說明
WSN:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
LEACH:低開銷自適應(yīng)分層路由算法
ACR:基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法
TEEN:感知門限低開銷傳感器網(wǎng)絡(luò)路由
PEGASIS:感知信息系統(tǒng)的功率有效聚簇算法
TDMA:時分多址
MAC:介質(zhì)訪問控制
NS:網(wǎng)絡(luò)仿真
權(quán)利要求
1、一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，針對分層分簇的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，采用蟻群算法來實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，其特征是根據(jù)剩余能量確定節(jié)點是否具有競選簇頭的資格；根據(jù)節(jié)點地理位置，利用重復(fù)分割法進行簇劃分，保證各個簇地理位置均勻，簇內(nèi)節(jié)點數(shù)相近；簇成員節(jié)點通過單跳的方式將信息傳輸給簇頭；采用蟻群算法，根據(jù)各個鏈路上的信息素濃度選擇路由鏈路，進行簇間路由，將各個簇的數(shù)據(jù)傳送到Sink節(jié)點；隨著網(wǎng)絡(luò)的運行，周期性計算鏈路的信息素濃度，并依據(jù)此信息更新節(jié)點路由表，維護路由信息；基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的具體步驟包括協(xié)議的初始化、簇的建立、簇間路由和路由維護。(1)協(xié)議初始化通過洪泛的方式，使得Sink節(jié)點獲取網(wǎng)絡(luò)拓撲和網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點剩余能量信息，傳感器節(jié)點獲取自己距離Sink節(jié)點的跳數(shù)和鄰居節(jié)點信息，在協(xié)議初始化之后，Sink節(jié)點能夠計算網(wǎng)絡(luò)的總剩余能量和網(wǎng)絡(luò)平均能量；每個傳感器節(jié)點知道自己的鄰居節(jié)點信息以及各個鄰居節(jié)點到Sink節(jié)點的跳數(shù)，為簇建立創(chuàng)造條件；(2)簇的建立根據(jù)預(yù)先設(shè)定的簇頭數(shù)，使用重復(fù)分割法劃分出傳感器網(wǎng)絡(luò)簇，保證剩余能量高于網(wǎng)絡(luò)平均能量的傳感器節(jié)點成為簇頭，完成成簇工作，并使簇頭地理位置分布均勻，每個簇內(nèi)節(jié)點數(shù)基本相同以均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負載；(3)簇間路由采用蟻群算法進行簇間路由，包括形成簇頭節(jié)點的路由表、計算鏈路信息素濃度和選擇信息傳輸鏈路；1)形成簇頭節(jié)點的路由表每個被選為簇頭的節(jié)點判斷自身路由表中是否存在到所有鄰居簇頭的路由記錄，如果有，重新計算信息素濃度，使用新計算的信息素濃度、鄰居節(jié)點剩余能量和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)，更新此路由表記錄；如果沒有則創(chuàng)建新的路由表記錄，并在此路由表記錄中，填寫鄰居簇頭節(jié)點標識、鄰居節(jié)點剩余能量，鏈路信息素濃度和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)；2)信息素濃度計算鏈路的信息素濃度隨著鏈路上傳輸信息而增多，路徑上的信息素會隨著時間的推移而揮發(fā)，簇頭節(jié)點i和j之間的鏈路信息素濃度τij的計算方法是τij←(1-ρ)τij+a×energyα+lβ，式中ρ表示信息素的揮發(fā)量，α表示節(jié)點剩余能量在信息素中所占的比重，l是兩簇頭間的距離，β表示節(jié)點間距離在信息素中所占的比重，計算式的第一部分是一段時間內(nèi)的信息素的揮發(fā)；第二部分是兩簇頭間的距離以及相鄰簇頭的剩余能量來計算簇頭間的信息素濃度；3)選擇信息傳輸鏈路當有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，通過各個鏈路的信息素濃度計算選擇各個鏈路的概率，依據(jù)此概率選擇相應(yīng)的鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸；信息素濃度高的鏈路被選擇的概率較大；(4)路由維護采用蟻群算法進行路由維護，包括鏈路的信息素濃度的更新和簇頭更換，根據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)情況和時間的推移，周期性更新路由表中各條鏈路的信息素濃度，進行路由表更新和維護；采用輪換的方式讓簇內(nèi)最大能量節(jié)點輪流擔任簇頭，并將被替換簇頭的路由表復(fù)制到新的簇頭。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于協(xié)議初始化 的步驟包括-(1) Sink節(jié)點廣播msg—qur查詢信息，此信息的結(jié)構(gòu)包括路由初始化數(shù)據(jù)包標識、Sink 標識和距離Sink節(jié)點的跳數(shù)；(2) 收到msg—qur査詢信息的節(jié)點將距離Sink節(jié)點的跳數(shù)域的值加l，若收到多個則以 跳數(shù)值最小的為準，然后廣播數(shù)據(jù)包；并向msg—qur査詢信息的源節(jié)點返回ack應(yīng)答消息； 如若收到鄰居節(jié)點的應(yīng)答消息，則向msg_qur查詢信息中的源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)此應(yīng)答消息；(3) 通過步驟(2)， Sink節(jié)點得知網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點到自身的位置，Sink節(jié)點根據(jù)ack消息獲取網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的個數(shù)w以及每個節(jié)點的剩余能量五,，1《Z《m計算網(wǎng)絡(luò)總能量五,^ =t￡'，網(wǎng)絡(luò)平均能量E^v^ge-E,。^/"0;每個傳感器節(jié)點知道自己的鄰居節(jié)點，并知道鄰居節(jié)點到Sink節(jié)點的跳數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)預(yù)先設(shè)定的劃分簇的數(shù)量，在協(xié)議初始化的基礎(chǔ)上進行簇建立的步驟如下步驟一由Sink廣播一個開始成簇信息，該信息包含本輪網(wǎng)絡(luò)平均能量五。^^信息；步驟二網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點收到Sink廣播的成簇信息后，根據(jù)《—&^。^>()來計算自己是否有競選簇頭的資格，如果大于零，則表示具有競選簇頭資格，從而將自身的W^^設(shè)置 為— te(^ —^wto"ve ;否則沒有簇頭競選資格，則WartAy置為A—w^e"Vfe;步驟三具有競爭簇頭資格的節(jié)點廣播競爭簇頭數(shù)據(jù)包，宣布自己具有競爭簇頭資格， 由Sink節(jié)點根據(jù)預(yù)先設(shè)定的劃分簇的數(shù)量和具有競爭簇頭資格的節(jié)點發(fā)出的競選簇頭數(shù)據(jù)包 進行簇分割；步驟四采用時分多址TDMA機制，簇頭節(jié)點給每個簇內(nèi)節(jié)點分配一個時間片，節(jié)點按 照分配時間片的先后順序發(fā)送數(shù)據(jù)給簇頭。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于采用重 復(fù)分割法進行簇分割首先要選擇網(wǎng)絡(luò)中距離較遠的兩個具有競爭簇頭資格的節(jié)點作為簇頭， 將網(wǎng)絡(luò)化分成兩個簇，再在各個簇內(nèi)采用同樣的方法循環(huán)分割，直到網(wǎng)絡(luò)中簇的個數(shù)達到預(yù) 先的要求，最后其他節(jié)點按照就近的原則加入各個簇，保證簇頭地理位置分布均勻，每個簇 中的傳感器節(jié)點數(shù)相近，其具體歩驟包括步驟l: Sink節(jié)點從標記為"-^^-""^^的節(jié)點中選擇距離最遠的兩個節(jié)點sl， s2;步驟2:將剩余節(jié)點按就近原則分成S1， S2兩個簇，兩個簇內(nèi)節(jié)點數(shù)量盡可能相同；步驟3:在sl和s2兩個簇內(nèi)分別按照步驟l、步驟2兩個步驟再進行劃分，分割成更小 的子簇步驟4:重復(fù)進行分割，直至達到預(yù)期的簇的個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，適合于分層傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此路由方法由初始化、簇建立、簇間路由和路由維護組成。協(xié)議的初始化過程使得Sink節(jié)點獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)平均能量，每個節(jié)點獲取自己到Sink節(jié)點的跳數(shù)；簇建立階段使用重復(fù)分割法劃分傳感器網(wǎng)絡(luò)簇，所劃分的簇均勻，且簇頭節(jié)點由剩余能量較高的節(jié)點承擔；簇間路由使用蟻群算法，依據(jù)鏈路信息素濃度來確定使用此該鏈路發(fā)送信息的概率，鏈路信息素濃度隨著鏈路上信息傳輸而增加，隨著時間推移而減少；路由維護階段負責更新鏈路信息素濃度，并使剩余能量高的簇內(nèi)節(jié)點輪流擔當簇頭。此路由方法能夠減少網(wǎng)絡(luò)總能量消耗，平衡節(jié)點能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
文檔編號H04L29/08GK101360051SQ200810150309
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者劉家佳, 龐遼軍, 勇 曾, 李興華, 力 楊, 超 楊, 毛立強, 沈玉龍, 超 王, 裴慶祺, 馬建峰 申請人:西安電子科技大學(xué)