一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智 能分配方法及無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力應(yīng)用中，無線傳感網(wǎng)普遍采用分簇路由協(xié)議LEACH(Low化ergyAdaptive Clustering化erarchy，低功耗自適應(yīng)集簇分層型協(xié)議），即網(wǎng)絡(luò)中存在一個匯聚節(jié)點(diǎn)或骨 干節(jié)點(diǎn)，若干終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)通過多跳路徑將信息匯聚到骨干節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)一般有 持續(xù)穩(wěn)定電源供電，但是終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)安裝位置的不同，部分終端節(jié)點(diǎn)具備有源電源供電， 部分終端節(jié)點(diǎn)只能采用電池或太陽能等非持續(xù)電源供電，而且部分終端節(jié)點(diǎn)在電源耗盡后 難W更換新的電源（如安裝在電力線路或電纜接頭的節(jié)點(diǎn)）。因此，在制定路由策略時，一 方面需要考慮網(wǎng)絡(luò)路由的低功耗，需要尋找整體功耗最小的路徑，減少網(wǎng)絡(luò)消耗的總能量； 另一方面需要考慮節(jié)點(diǎn)能源消耗因素，使能量較高的節(jié)點(diǎn)能夠更頻繁的參與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn) 發(fā)，能量較低的節(jié)點(diǎn)盡量少的參與網(wǎng)絡(luò)路由，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：
[0004] (1)傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)路由策略通常按照功耗低、延遲小等評價指標(biāo)尋找最優(yōu)路 徑，很少考慮能量消耗因素；部分網(wǎng)絡(luò)W鏈路的最低功耗為評價指標(biāo)、部分網(wǎng)絡(luò)W最短路徑 或最小跳數(shù)為評價指標(biāo)，但是對節(jié)點(diǎn)的能量問題都考慮不足，最終因節(jié)點(diǎn)能量耗盡而導(dǎo)致 網(wǎng)絡(luò)死亡。
[0005] (2)部分考慮能量消耗的路由協(xié)議采用能量均衡的路由機(jī)制，盡量讓網(wǎng)絡(luò)中所有 節(jié)點(diǎn)消耗的能量平均化，即讓它們剩余的能量盡量一樣多，從而使節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)壽命延長。該 類路由將網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都看成同等重要，避免能量較低的節(jié)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是減少了低能量 節(jié)點(diǎn)的使用，網(wǎng)絡(luò)能量達(dá)到均衡的效果，但是路徑可能會"繞彎"，導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)功耗又比較 大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中無線傳感網(wǎng)現(xiàn)有路由策略對能量消耗考慮不足的 缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法。
[0007] 本發(fā)明實施例提供一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法，包括：通過簇頭節(jié)點(diǎn)選 舉評價函數(shù)在待評價節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，所述簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)的影響因子包括所 述待評價節(jié)點(diǎn)的能量消耗；終端節(jié)點(diǎn)通過單跳連接到選擇出的所述簇頭節(jié)點(diǎn)；所述簇頭節(jié) 點(diǎn)通過多跳路徑連接到匯聚節(jié)點(diǎn)，所述多跳路徑至少包括一條主路徑和一條副路徑。
[0008] 在上述技術(shù)方案中，所述簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)為：
[0009]
[0010] 其中，P表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn)的初始概率，R表示節(jié)點(diǎn)之前沒有當(dāng)選為簇頭節(jié) 點(diǎn)的輪數(shù)，Ehit表示待評價節(jié)點(diǎn)的初始能量，E。表示待評價節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，所述通過簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)在待評價節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭節(jié) 點(diǎn)，包括；統(tǒng)計待評價節(jié)點(diǎn)的初始能量和剩余能量；根據(jù)所述簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)確定 闊值P' (n);隨機(jī)產(chǎn)生0-1之間的隨機(jī)數(shù)；判斷所述闊值P' (n)是否大于所述隨機(jī)數(shù)；當(dāng)所 述闊值P' (n)大于所述隨機(jī)數(shù)時，確定所述待評價節(jié)點(diǎn)為簇頭節(jié)點(diǎn)。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，所述簇頭節(jié)點(diǎn)通過多跳路徑連接到匯聚節(jié)點(diǎn)，所述多跳路徑 至少包括一條主路徑和一條副路徑，包括：
[0013] 根據(jù)一階無線通信能耗模型與潛在下一跳節(jié)點(diǎn)的剩余能量獲取多跳路徑，所述多 跳路徑至少包括兩條路徑；一條主路徑和一條副路徑；
[0014] 當(dāng)主路徑節(jié)點(diǎn)負(fù)荷過重時，通過所述副路徑節(jié)點(diǎn)連接到下一跳節(jié)點(diǎn)。
[0015] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中無線傳感網(wǎng)現(xiàn)有路由策略對能量消耗考慮不足的 缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0016] 本發(fā)明實施例提供一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括：終端節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)；
[0017] 所述簇頭節(jié)點(diǎn)通過簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)在待評價節(jié)點(diǎn)中選出，所述簇頭節(jié)點(diǎn)選 舉評價函數(shù)的影響因子包括所述待評價節(jié)點(diǎn)的能量消耗；
[0018] 所述終端節(jié)點(diǎn)通過單跳連接到選擇出的所述簇頭節(jié)點(diǎn)；
[0019] 所述簇頭節(jié)點(diǎn)通過多跳路徑連接到所述匯聚節(jié)點(diǎn)，所述多跳路徑至少包括一條主 路徑和一條副路徑。
[0020] 在上述技術(shù)方案中，所述簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)為：
[0021]
[002引其中，P表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn)的初始概率，R表示節(jié)點(diǎn)之前沒有當(dāng)選為簇頭節(jié) 點(diǎn)的輪數(shù)，Ehit表示待評價節(jié)點(diǎn)的初始能量，E。表示待評價節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
[0023] 在上述技術(shù)方案中，所述簇頭節(jié)點(diǎn)包括：
[0024] 路徑確定模塊，用于根據(jù)一階無線通信能耗模型與潛在下一跳節(jié)點(diǎn)的剩余能量獲 取多跳路徑，所述多跳路徑至少包括兩條路徑；一條主路徑和一條副路徑；
[0025] 路徑切換模塊，用于當(dāng)主路徑節(jié)點(diǎn)負(fù)荷過重時，通過所述副路徑節(jié)點(diǎn)連接到下一 固巧點(diǎn)。
[0026] 本發(fā)明實施例提供的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法，綜合考慮節(jié)點(diǎn)能量消 耗與網(wǎng)絡(luò)整體功耗兩方面的因素，采用分區(qū)多跳的網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法。具體的，通過包 括待評價節(jié)點(diǎn)的能量消耗的簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)選舉簇頭節(jié)點(diǎn)，有效的避免將低能量級 的節(jié)點(diǎn)選舉為簇頭節(jié)點(diǎn)，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存期。同時，通過單跳與多跳相結(jié)合的方式構(gòu)建 路由，終端節(jié)點(diǎn)采用單跳工作模式直接連接簇頭節(jié)點(diǎn)，不轉(zhuǎn)發(fā)任何其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，避免維 護(hù)其它節(jié)點(diǎn)路由，簡化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，降低節(jié)點(diǎn)的功耗；簇頭節(jié)點(diǎn)之間采用多跳方式與匯聚節(jié)點(diǎn) 通信，多跳路徑的選擇綜合考慮能量和距離因素，根據(jù)一階無線通信能耗模型與潛在下一 跳節(jié)點(diǎn)的剩余能量為評價標(biāo)準(zhǔn)獲取可通信的路徑，考慮每一跳都選擇兩條路徑：一條主路 徑與一條副路徑，副路徑在主路徑節(jié)點(diǎn)負(fù)荷過重時承擔(dān)負(fù)載均衡的作用。
[0027] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明 書、權(quán)利要求書、w及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
[0028] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0029] 附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0030] 圖1為本發(fā)明實施例中無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法流程圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明實施例中考慮能量效應(yīng)的簇頭選舉流程圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明實施例中簇頭節(jié)點(diǎn)主副路徑多跳路由圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明實施例中無線傳感網(wǎng)絡(luò)的路由結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[00巧]根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)功耗智能分配方法，參見圖1所示， 包括：
[0036] 步驟101;通過簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)在待評價節(jié)點(diǎn)中選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn) 選舉評價函數(shù)的影響因子包括待評價節(jié)點(diǎn)的能量消耗。
[0037] 傳統(tǒng)分簇路由策略沒有考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量，該樣可能將低能量級的節(jié)點(diǎn)選舉為 簇頭節(jié)點(diǎn)，由于簇頭節(jié)點(diǎn)需要的能耗相對普通節(jié)點(diǎn)要大很多，因此低能量級的簇頭節(jié)點(diǎn)會 因能量耗盡而死亡，影響網(wǎng)絡(luò)的生存期。
[0038] 本發(fā)明實施例中，簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)的影響因子包括待評價節(jié)點(diǎn)的能量消 耗。具體的，該簇頭節(jié)點(diǎn)選舉評價函數(shù)為：
[0039]
[0040] 其中，P表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn)的初始概率，R表示節(jié)點(diǎn)之前沒有當(dāng)選為簇頭節(jié) 點(diǎn)的輪數(shù)，Ehit表示待評價節(jié)點(diǎn)的初始能量，E。表示待評價節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
[0041] 在本發(fā)明實施例中，采用考慮能量效應(yīng)的簇頭選舉方法，避免在簇頭選舉節(jié)點(diǎn)將 低能量級的節(jié)點(diǎn)選舉為簇頭節(jié)點(diǎn)，影響網(wǎng)絡(luò)生存周期。相應(yīng)的簇頭選舉流程圖參見圖2所 示，具體包括：
[0042] 步驟201;新一輪選舉簇頭節(jié)點(diǎn)開始。
[0043] 步驟202;判斷待評價節(jié)點(diǎn)是否當(dāng)選過簇頭節(jié)點(diǎn)，當(dāng)當(dāng)選過簇頭節(jié)點(diǎn)時，繼續(xù)步驟 208,否則繼續(xù)步驟203。
[0044] 步驟203;統(tǒng)計待評價節(jié)點(diǎn)的初始能量與剩余