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专利号: 2020103517424
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:包括以下3个阶段:

一、非均匀分簇:按照非均匀分簇的方法,将网络中的节点分成非均匀分布的簇群;

二、建立多径路由:簇内节点采用一跳的方式将数据发送至簇头,簇头节点对簇内成员发送来的数据进行融合处理,然后通过多跳的方式转发至sink节点,其中下一跳节点在簇头集合S-CH中产生;

三、数据传输阶段:将不同优先级的数据进行分类处理,簇间数据传输采用节点独立的多径路由,簇间多径路由的传输分为以下两种情况:(1)若当前簇头节点传输同样类型的数据,则按照最佳路径优先,次优路径为备选路径的方式进行数据的转发,当最优路径故障时,就立即切换至次优路径,;

(2)若当前簇头节点传输不同类型的数据,则在最优路径上优先传输紧急数据,在次优路径上同时传输一般数据。

2.根据权利要求1所述的WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:所述阶段一种按照非均匀分簇的方法将网络中的节点分成非均匀分布的簇群的方法包括以下三个步骤:(1)网络初始化:在网络初始化阶段,sink节点向全网广播hello消息唤醒所有节点,网络中的节点接收到该消息后立即更新sink节点的位置,并根据接收信号强度计算出与sink节点的距离并保存,节点在传输数据时根据与sink的距离大小选择合适的路由方法,节点完成上述工作后,向网络中回复一个确认消息,该消息包括节点的ID、位置、剩余能量信息,初始化阶段结束后,网络中所有节点都知道邻居节点的信息以及sink节点的位置;

(2)簇头的选择:选择簇头时,评估候选簇头节点的相对剩余能量Eres(i)和候选簇头节点与sink节点的距离d(i)两个参数,综合两个参数进行簇头的选择,具体为:定义簇头选择函数S(i), 选择函数值最大的节点作为簇头,被选择成为簇头的节点具有剩余能量较多和距离sink节点较近的特点,簇头产生之后会形成一个簇头集合S-CH,网络中其他节点会自动转为普通节点;

(3)节点入簇:簇头节点选择成功后,会在自己的竞争半径Ri内向周围的网络中广播消息,宣布其当选为簇头的Head-ACK消息,在该通信范围内的其他节点接收到该消息后会储存这些信息并形成一个簇头信息表,然后等待加入合适的簇群。

3.根据权利要求1所述的WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:所述阶段二中建立多径路由时下一跳节点的选择方法具体为:(1)当簇头节点与sink节点的距离di,sink小于一跳传输的最佳距离d1-hop时,簇头节点可以将数据直接发送至sink节点,一跳传输的最佳距离如下所示:其中,γ是距离损耗系数,Eamp是功率放大的能量,Eelec是电路能量损耗,Ecpu是数据处理能耗;

(2)当di,sink>d1-hop时,簇头节点则通过多跳的方式将数据发送至sink,其中下一跳节点通过构造一个多参数的代价函数来选择,该代价函数综合考虑候选下一跳簇头的温度、剩余能量、簇内成员的多少以及与sink的距离参数。

4.根据权利要求2所述的WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:所述节点i的剩余能量Eres(i)计算如下:其中,E0(i)为节点的初始能量,t表示网络开始时间,n表示网络生存时间,Etx(t)为发送数据消耗的能量,Erx(t)为接收数据消耗的能量,EC(t)为数据融合消耗的能量,只有簇头节点执行数据融合功能会计算该部分能量,一般节点没有数据融合功能,默认该值为0。

5.根据权利要求2所述的WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:所述节点与sink节点之间的距离d(i)计算方式如下:其中RSSI(d)和RSSI(d0)分别为接收端和发送端之间距离为d和d0接收到的接收信号强度值;n是路径损耗指数;Xσ是零均值的高斯随机变量。

6.根据权利要求2所述的WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:所述节点的入簇条件除就近原则外,还有:(1)若节点当前保存的簇头信息表中只有一个簇头时,则直接向该簇头发送入簇的请求,由簇头同意后加入该簇群;

(2)若当前节点保存的簇头信息表中有两个或多个簇头信息时,除考虑就近原则之外,还要考虑簇头节点的剩余能量、当前簇内成员的数量参数,其选择函数S·F(i)的计算方法为:选择S·F(i)值最大的节点入簇。

7.根据权利要求3所述的WBAN中基于非均匀分簇的多径路由协议,其特征在于:所述簇头节点通过多跳的方式将数据发送至sink时,构造的代价函数,为:计算簇头集合中节点的函数值,选择函数值最小的簇头成为最佳下一跳节点,其中Tem(i)、d(i)、CH(i)和Eres(i)分别表示候选下一跳节点的当前温度、与sink节点的距离、簇的大小和剩余能量参数,最佳下一跳节点的簇头具备温度较低、距离sink节点较近、簇内成员较少以及剩余能量较多的特点。