[01242506]基于大规模WSN突发事件监测的路由控制方法

本发明公开一种基于大规模WSN 突发事件监测的路由控制方法，包括搭建网络模型、网络初始化、簇头选举以及数据传输四个步骤，在数据传输过程中，簇头节点根据网关节点是否存在于自己的“邻居节点记录表”中选择以一跳或多跳中继方式将有效监测数据发送回网关节点，在多跳中继方式中，当前节点根据自身的剩余能量状况选择不同的算法来寻找下一跳路由节点。

其显著效果是：簇头节点与网关节点之间采用单跳或多跳中继方式通信，避免了长距离传输造成的能量过度耗损，通过簇头节点和中继节点选举方法、自适应功率调整、控制消息延迟转发等机制，节省和均衡了网络能量消耗，从而推迟首个死亡节点的时间，提高网络性能。

技术领域

本发明属于无线传感器网络中的路由技术，具体地说，是一种基于大规模WSN 突发事件监测的路由控制方法。

背景技术

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量部署在特定监测区域内的微型传感器节点构成，通过无线通信方式组建的网络系统。WSN 因其低成本、易实施、大规模、自组织等特点广泛应用于环境监测与保护、医疗护理、军事应用等方面。

而传感器节点能量和功能的局限性制约了WSN 应用的有效开展。路由协议在很大程度上影响了网络的能量效率、时延及鲁棒性等重要性能。高效适用的路由协议能够弥补单个传感器节点能量和功能的不足，提高WSN 的能量效率并延长网络的有效生命期，成为无线传感器网络领域的重要研究内容。

现有的WSN 路由协议可以分为平面型路由协议和分层式路由协议。在小规模WSN应用中，平面型路由凸显其简单有效的特点。但对于大规模WSN 应用场景，分层式路由较平面型路由更能有效降低和均衡能量消耗，提高网络能量效率和生命周期。

LEACH（low-energy adaptive clustering hierarchy） 是最早提出的分层式路由协议，在节省和均衡网络能耗方面取得了一定成效，但该协议本身存在一些固有不足，如：簇头选择和分布具有很大随机性；簇头选择时未考虑节点剩余能量因素导致部分节点过早死亡；簇头与网关节点直接通信导致远离网关节点的簇头能量消耗过快等。

在LEACH 基础上的一些改进协议虽然在一定程度上克服了LEACH 协议固有的不足，但大多采用预成簇机制，即簇头的选择和簇的形成发生在网络形成初期，与事件没有必然的相关性而突发事件监测场景中事件发生的时间和地点具有很大的随机性，为此预成簇机制具有明显缺陷，与事件不相关的节点参与成簇产生不必要的能量消耗;成簇区域和事件区域不吻合降低了数据融合的有效性等。

事件驱动成簇EDC（event-driven clustering）路由算法的提出克服了上述缺陷。该算法仅当异常事件发生，才会由监测到事件的相关节点参与簇头竞选和成簇操作，避免了无关节点产生不必要的能量消耗，且保证了成簇区域与事件区域一致吻合性，从而提高了数据融合的有效性。但该算法需要借助基站和网关节点的作用，增加了网络部署的复杂程度。

由于节点死亡会降低邻居节点间的连通性，增加其能量消耗的速率。所以，网络中首个死亡节点的生命周期在很大程度上影响到整个网络的有效工作期。本发明所提供的方法主要是通过推迟首个死亡节点的时间，进而延长整个网络的有效工作期。

该方法采用事件驱动成簇机制，在事件发生区域，由相关节点参与成簇，避免了不必要的成簇消耗，同时有利于数据融合的有效性。数据传输过程中，根据簇头节点到网关节点的距离选择单跳或多跳传输方式。

在选择中继节点时，不仅考虑候选节点的能量和位置因素，同时根据当前节点的能量状况选择不同的竞选方法，从而避免当前节点过早死亡。

本发明的显著效果是：算法简单，容易实现，采用事件驱动成簇机制，可以避免不相关节点参与成簇操作造成的能量损耗，簇头节点与网关节点之间采用单跳或多跳中继方式通信，避免了长距离传输造成的能量过度耗损。

本发明还采用了簇头节点和中继节点选举方法、自适应功率调整、控制消息延迟转发等机制，进一步节省和均衡了网络能量消耗，从而推迟首个死亡节点的时间，提高网络性能。