移动无线传感网络簇头多跳路由协议

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1、移动无线传感网络簇头多跳路由协议作者：张绪昌谢志军何加铭來源：《移动通信》2013年笫06期【摘要】随着无线传感器网络在移动环境小广泛应用，移动环境下降低能耗成了传感网络研究的热点。通过研究移动环境下的各种路宙协议，并结合LEACH协议自身存在的问题，提出了一种支持移动的簇头多跳的路由算法。该协议充分考虑了剩余能暈、速度和距离，以及簇头选取和簇的构成方法，提出新的权值函数，从而有效地支持节点移动。仿真结果表明，该协议有效地均衡了节点能耗，提高了能量利用率，延长了网络寿命。【关键词】无线传感网络分簇多跳路曲算法移动性1引言

2、传感器在计算和无线通讯中广泛使用，如监测外部环境，把感知的数据转化为用户可以理解的信息。传感网络的应用是冃前国际科学研究的热点。随着社会的发展，在很多的移动坏境应用了无限传感器，如海洋的监测、移动车辆的监测、动物的监测等，因此研究移动环境下的无线传感器网络越来越重要［1-2］。传感器网络的移动性带来了许多问题。如传感器节点在成功部署之后由于节点的移动随时变换位置，很容易造成拓扑的变化；通信链路建立之后，节点移动很容易偏离最初的位置，从而导致连接断裂、路由中断；节点移动造成数据延迟发送；节点的移动造成路山建立的频率增大，从

3、而増大能量的消耗，缩短了网络生存吋间。因此针対移动环境设计支持移动性的路由I•办议十分必要。基于分簇的路由协议有很多。LEACH［3］的成簇思想贯穿于其后发展出的很多分簇路由协议屮，如TEEN［4］、PEGASIS［5］、APTEEN⑹都基于分簇的路由协议，但在移动性的支持上存在不足，尤其当网络规模增人时，缺陷就更加明显。M-LEACH⑺是慕于LEACH提出的支持簇头和成员节点的移动协议，簇头选取时考虑了节点剩余能量、位置及节点的移动速率，但没有在簇的建立阶段解决移动性问题。EMHR［8］算法是簇头在数据传输时对以通过多

4、跳传输，根据权值确定下一跳簇头，这样EMHR协议在网络拓扑结构中平衡负载和降低簇头能量消耗，此协议主要是针对静态网络。分簇技术可以避免感知节点之间的信息传输，通过簇头数据融合，减少数据冗余，减少发送数据量，降低能耗，更好地支持移动性。多跳传输技术是动态自组织，利用网络中的节点动态建立和维持网络连接。ft］于多跳技术的独特性，无线传感网络多跳技术得到了极人的关注，大量信息表明多跳路由协议的能耗远低于单跳路由协议。针对现有分簇路由屮存在的缺陷，木文提出新的支持移动的簇头多跳路由算法，以降低能耗。2EM-CHMR算法基于LEA

5、CH-M算法，在感知节点移动且基站（BS）不移动的环境下，根据节点的移动信息进行分簇，分簇成功之后建立高效的多跳路径，笔者提出能有效地支持移动性的簇头多跳路由策略（EM・CHMR,Energy-efficientMobileClusterHeadMulti-hopsRoutingprotocol）。此路由策略中，簇首向基站传输数据引入了多跳路山机制，让距基站较近的簇首适当承担一些数据中继转发任务，把直接长距离通信变成间接的多次短距离通信，在支持移动下保证转发簇首有充分的能量来进行数据转发。2」分簇的模型簇头多跳的简单模型

6、如图1,模世中距离BS较远的簇头可以通过建立多跳路径与BS通信，这样可以降低自身的能量消耗。同时距离BS较近的簇头不需要再进行多跳，对以肖接与BS进行通信。模型中感知肖点和簇头都可以进行移动，但是BS是

7、占I定位置不移动；每个节点的移动速度大小都限制在-•定范忸内；节点同构，且初始能暈相同；传感器节点得到的信息，可以使用GPS或其他位置检测方案；传感器节点的发射功率可以进行调节。路由算法屮利用文献［9］提出的能屋消耗模型，节点发射kbit数据到距离为d的位置消耗的能量为：其屮，Eelec表示发端电路运算和处理每比特数据的

8、能耗；£fs和wmp为放人器的系数；dO为临界距离。2.2簇头的选取簇头选取算法是基于M-LEACH协议提出的，网络模型是一个均匀的网络，簇头的数量确定方式与M-LEACH相同。根据簇头数量把整个区域划分为子区域，然后为每个区域选取簇头。首先按照剩余能量利用阈值Eselect进行筛选，避免节点剩余能量不足造成早死现象。为了让簇头均匀分布并对蔡个传感网络实现完全覆盖，把整个区域分成M个子区域，在每一个子区域屮选取一个簇头。假设第j子区域节点数Nj,每个节点坐标为（xi,yj）,速度为vi。簇头的最佳位置SO计算方式如下：移

9、动方向用Bi（OO<0i<18OO）表示，意为节点i的移动方向和连接节点指向最佳位置的直线形成的夹角（速度和肖线的最小夹角）。最佳选择则是节点移动方向是SO,即夹角越小越好。角度则是处理后的角度，其中Ot是角度阈值。如果簇头移动速度过快则容易造成簇的破坏，移动速度慢则适合整个网络的移动速度。式（4）表示节点i处理后的