水環(huán)境無線能量控制路由算法
【專利摘要】本發(fā)明為水環(huán)境無線傳感網(wǎng)絡(luò)提供了一種能量控制路由算法。本算法是從能量角度考慮，結(jié)合水環(huán)境無線監(jiān)測數(shù)據(jù)特點(diǎn)，將基于LEACH的能量控制路由協(xié)議引入水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)中。步驟為：第一個(gè)簇首的選?。淮爻蓡T節(jié)點(diǎn)的接入；簇的建立；基站與簇首的通信建立。優(yōu)點(diǎn)：本算法采用逐次選擇的方式選擇簇首，取消頻繁分簇機(jī)制，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的生存周期，降低了網(wǎng)絡(luò)的整體功耗。該算法主要用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由控制領(lǐng)域。
【專利說明】水環(huán)境無線能量控制路由算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是用于水環(huán)境無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的一種能量控制路由算法。屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由控制算法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，一些學(xué)者將傳感器技術(shù)、通信技術(shù)應(yīng)用與水環(huán)境監(jiān)測結(jié)合，形成水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)利用廉價(jià)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)并組建網(wǎng)絡(luò)，形成對水環(huán)境的區(qū)域監(jiān)測，獲得水環(huán)境區(qū)域狀況。水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計(jì)到多方面關(guān)鍵技術(shù)，如路由協(xié)議、MAC協(xié)議、定位技術(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、安全技術(shù)等。水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性，因?yàn)闊o線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)能量有限。這就使得設(shè)計(jì)適合于水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)特點(diǎn)的路由協(xié)議顯得尤為重要。無線傳感器路由協(xié)議研究相對較多，但將其應(yīng)用于水環(huán)境領(lǐng)域相對較少。水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)中，路由協(xié)議主要集中在水下聲波通信路由協(xié)議研究，對于水面區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要針對上述缺陷，從能量角度考慮，結(jié)合水環(huán)境無線監(jiān)測數(shù)據(jù)特點(diǎn)(定時(shí)、數(shù)據(jù)量稀疏等)，將基于LEACH的能量控制路由協(xié)議引入水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)中，提出一種基于LEACH的水環(huán)境無線能量控制路由算法。該算法在簇首選擇上采用基于基站的自主選擇，即以基站為中心，在整個(gè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)簇首選擇。水環(huán)境監(jiān)測通常采用每隔6個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次水質(zhì)數(shù)據(jù)采集，全天大部分時(shí)間，水環(huán)境無線監(jiān)測網(wǎng)處于睡眠狀態(tài)，基于這個(gè)特點(diǎn)，的具體算法如卜:
[0004]1.第一個(gè)簇首的選取:在簇首建立階段，基站首先以最人功率廣播簇建立信息，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)以最大發(fā)送功率發(fā)送簇首請求信息。基站接收到節(jié)點(diǎn)反饋信息后便對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有了整體的了解，這時(shí)，基站開始根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度和能量信息進(jìn)行第一個(gè)簇首的選取，如公式(I)所示。
【權(quán)利要求】
1.水環(huán)境無線能量控制路由算法，其特征在于:采用逐次選擇的方式選擇簇首，取消頻繁分簇機(jī)制，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的生存周期。該算法包括以卜步驟: (1)在簇首建立階段，基站首先以最大功率廣播簇建立信息，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)以最大發(fā)送功率發(fā)送簇首請求信息。基站接收到節(jié)點(diǎn)反饋信息后便對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有了整體的了解，這時(shí)，基站開始根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度和能量信息進(jìn)行第一個(gè)簇酋的選取。 (2)本算法取消了LEACH協(xié)議頻繁分簇機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)只是在基站處于激活模式下才進(jìn)行分簇及數(shù)據(jù)采集，這樣可降低頻繁分簇帶來的節(jié)點(diǎn)能量額外開銷，提高網(wǎng)絡(luò)能量的使用效率。 (3)選出第一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)之后，第一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)以設(shè)定功率廣播其簇首信息。簇首廣播的簇首信息是在自由空間模型下進(jìn)行的設(shè)定功率發(fā)送。節(jié)點(diǎn)在接收到簇首信息后，以同樣的功率向簇首節(jié)點(diǎn)請求加入簇信息。簇首根據(jù)接收到信號(hào)強(qiáng)度，以及簇內(nèi)允許的最人節(jié)點(diǎn)數(shù)和接收節(jié)點(diǎn)信息的信號(hào)強(qiáng)度允許的最小值，進(jìn)行簇成員的選擇并向其發(fā)送簇成員確認(rèn)信肩、O (4)簇首在確定其成員建立一個(gè)簇之后，便向基站發(fā)送其簇信息。通過去除第一個(gè)簇和其簇成員節(jié)點(diǎn)信息，再對剩下的普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同樣的算法處理進(jìn)行第二個(gè)簇的建立，以此類推直至網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)均加入某個(gè)簇為止。 (5)基站在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成簇分配后，開始建立所有簇首節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系。先由基站發(fā)出連接信息，基站以設(shè)定功率發(fā)送請求連接信息。接收到基站的請求信息的其它簇首發(fā)送應(yīng)答信號(hào)(包含簇首的能量信息)?；?或簇首)根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度、簇首的當(dāng)前的能量信息和基站(或簇首)最大允許連接數(shù)等因素綜合判斷并選擇簇首作為基站(或簇首)的下一跳路由連接點(diǎn)，以此類推直至所有簇首均加入為止。
【文檔編號(hào)】H04W40/08GK103491593SQ201310484797
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】劉英平, 姚芳琴, 王歡, 林志貴 申請人:天津工業(yè)大學(xué)