一种无线传感器网络的能量有效多跳路由协议

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1、一种无线传感器网络的能量有效多跳路由协议摘要木文作者提出了LEACH协议在网络规模较大吋所存在的问题，提出了一种新的路由协议LEACH-Lo试验结果表明LEACH-L协议可以使不同位置的节点能量均衡，从而当网络规模较大时也能实现延长WSN的寿命的冃的。1.简介WSN可以在恶劣的环境下可靠和准确的收集周围环境的信息，因此可以应用在工业控制，环境监测等很多领域屮。由于节点的能量有限，并且多是不可替换的,因而如何最高效的利用能量对于路曲协议就显得特别重要。木文提出了一种改进的多跳路由协议LEACH-L,它的主要特点如2当簇首足够接近时，他们直接与基站通信；当他们距离较远时，他们就通过

2、多跳的方式通信，并且最短的传输距离是有限的。不同区域的节点用不同的频率和间隔与基站通信。此外，作者还提出了一种LEACH-D路由协议，该协议也是-•种多跳路由协议但是只考虑了距离。在最后一部分，作者分别对LEACH,EACH-L,LEACH-D进行了MATLAB仿真，仿真结果表明LEACH-L可以延长整个网络的网络寿命。2.背景2.1相关工作目前，有很多基于簇的WSN路由协议。文献1中提出了LEACH协议，文献关注于簇首的选择和簇的建立，提出了LEACH-C协议，文献3提出了SEP协议,文献4捉出了PEGASIS协议。在文献1,2,3提出的协议中，簇首都是直接与基站通信的。当网

3、络范围不断扩大吋，距离较远的簇首就要消耗更多的能量。PEGASIS协议屮，节点记录了所有节点的位置信息，这也就限制了网络的规模的扩大。2.2能量分布模型本文采用了和文献2相同的无线能量模型。方程2.1计算了空间衰减和多路径衰减的临界距离d。0(2.1)方程2.2表示发送K比特字节数据所消耗的能量，它由2部分组成：一部分是发送放大器所消耗的能量，另一部分是发送回路所消耗的能量。Egez（k）是发送回路消耗的能量，erxHs是发送放大器在无空间衰减的情况下所消耗的能量。E取曲卩是发送放大器在多路径衰减情况下所小号的能量。方程2.3是接收K字节数据所消耗的能量，其完全是有回路所消耗的

4、能量。E"（k,d）=弓TxYlcctOc）+ETx・amp（k，d）—JkEeiea+kEyx.E氏d.dd0（2.2）Erx（k）--elect（2.3）3•问题方程式3.1单跳路由的问题当WSN的规模不断增人吋，LEACH协议中，簇首能耗的差异就越来越明显。假设簇首S(i)与基站的距离为r,簇首S①与基站的距离为3匸当心壶,则S(i)的能耗为>HTx(k,r)-kEd^(+kETX.Ejnp/.SQ)的能耗为%(")=也亠+81%日/曲方程知，当回路能耗相同时，发送放大器能耗S(i)是S(j)的81倍，因此对于大规模的WSN适合采用多跳路

5、由协议。3.2多跳路由协议我们假设一个线型的网络模型，如图1所示。氏Idn-anligurc1.Linc;i「networkmodel距离基站最远的节点距离基站的距离为nr,如果采用直接通信协议，总能耗为Eg=ETx(k,nr)=ETx-goo+Erx昨(k,nr)如果采用多跳传送I■办议，总能耗为：E讹切=nErz(k)+(】卜1忌如0<)+1迟5(1)=(2i>l)kEcto+iiErx_anp(Kr)木文中参数设置如表1所示。可以得到如卜•的结论：当时，Edirect°multliopn4r4kETX.Em

6、>-2(n-1)kEclect-nr4kETX-Efg>0当nr

7、«时,E-E=directmultliopn2r2kETXwB6-2(n-1)kEdect-nrkETX-B&<0当r°、doId2+40000n2(n-lr—ln4r4kETO.Env-2(n-1)kEdect-nr2kETX.Efe<0o因此，当节点与基站距离较近时，直接通信的路由能够获得比较好的性能；当传输距离比较长时，多跳的路由策略口J以减少WSN的能耗。33通信冲突当网络漏规模越来越大，

8、节点数目越来越多时，簇首与基站的通信就需要采用防碰撞，否则最会增加簇首发送数据间的碰撞次数。因此，大规模的传感器网络需要采用一定的策略来减少碰撞的发生。4.LEACH-L协议与LEACH协议相似，LEACH-D和LEACH-L协议都是按轮工作的。在每一轮屮，都被分为两个阶段：建立阶段和稳定阶段。建立阶段选择簇首，然后簇首按照TDMA的策略分配时隙给簇内的成员jiedian.zaiLEACH-L协议中，簇首将来自于不同节点的数据混合。如果簇首距离基站较近，则直接将数据传输给基站；如果簇首原理基