一种能量有效的无线传感器网络路由协议

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1、一种能量有效的无线传感器网络路由协议摘要近年来，我无线传感器网络无论在民用还是在军事领域都有广泛的应用前景，并且收到了越来越多的关注。但是对于无线传感器网络，传统的路由协议并不合适。因此，需要为无线传感器网络专门设计路由协议。对于无线传感器网络，网络节点的能量是有限的，所以如何节省整体的能量是一个很重要的问题。例如：LEACH是一个基于簇的路由协议。在本文中，提出了一种改进的LEACH协议。在这个协议屮，采用了位置和能量信息，来确定簇首节点。在簇内，地理信息被用来确定是否有节点与簇首足够近，当其他节点休眠时，能够监测周围的环境并且完成与簇首节点的通

2、信，以达到在不丢失环境监测信息的前提下节约能量的目的。仿真结果表明，本文提出的协议比LEACH协议有更好的性能。1.简介近来随着微电子技术和无线通信技术的发展，WSN获得了很大的发展。网络屮的节点可以与任何其他的节点通信或者与基站通信。大量的节点可以以更高的准确度感知更广阔的地理区域。网络节点可以随即分布也可以由人工部署，但关键的问题是节点通过什么方式发送数据到基站，这决定了网络的寿命和数据的可靠性。WSN的路由是网络设计的一大挑战，这是因为WSN不同于其他无线网络如移动无线网络和Ad-hoc网络，因此传统网络的路由协议并不适用于WSNo由于WSN

3、中节点的能量通常是有限的，因此人们想通过节省节点能量，并且使节点间的能耗均衡化来实现延长网络寿命。该协议是分级协议，K表示根据分簇算法将节点分到不同的簇，并且根据位置和能量信息选择簇首节点。传统的最小能耗协议被釆用完成簇首节点向基站发送数据。在簇内，地理信息被用来确定是否有节点与簇首足够近，当其他节点休眠时，能够监测周I韦I的环境并且完成与簇首节点的通信，以达到在不丢失环境监测信息的前提下节约能量的目的。仿真结果表明，本文提出的协议比LEACH协议有更好的性能。2.相关工作LEACH协议是第一个捉出数据聚合的层次路由协议。为平衡网络节点的能耗，簇首

4、是周期性按轮随即选举的。节点通过一跳通信将数据传送给簇首，簇首也通过一跳通信将聚合后的数据传送给基站。该协议釆用随即选举簇首的方式避免簇首过分消耗能量，提高了网络生存吋I'可；数据聚合能有效减少通信量。但协议层次化的目的是在于数据聚合,人采用一跳通信，虽然传输延时小，但要求节点具有较大的功率尽享通信，扩展性差，不适合大规模网络。后来提出了一种改进的LEACH协议PEGASIS协议，他人采用动态选举簇首的思想，但是通过采用无通信量的簇首选举方法，避免了LEACH协议频繁选举簇首带来的通信开销，节点采用小功率与最近距离的临节点通信，形成多跳通信方式，有

5、效地利用了能量，与LEACH协议相比大幅提高了网络生存时间。3.网络模型A.网络模型本文中采用的网络模型具有一下特点：节点在一个正方形的区域内随即分布，如图1所示。100个节点均匀的分布在100平方米的正方形区域内。所有的节点是不可移动的，但是某些节点会因为能量耗尽二死亡。所有的节点都有相同能量级别和传输范I韦I,并且该范闱可以保证任何一个节点都可以完成想基站传输数据。所有的节点都知道自己的位置和所剩余的能量级别，别且可以通过想临节点发送HELLLO消息來获得临节点的位置和剩余能量信息。705040ao-O2010°0ooooo°Oo20aoo%o

6、ooooOooQOOO°OO厂心匚i80O°O40100Fig.LNodesDistribution.A.无线通信模型我们采用文献2中提到的模型。在该模型中，一个无线收发机发送E(elec)=的能量来驱使转换器和接收器，并且为转换放大器提供f协卫=100pJ/^7/m2的能量。该无线收发器可以进行能量控制，以实现通过消耗最小的能量想目标接收者传送数据。该收发器可以关闭，可以避免接收无用信息。接下来的两个等式分别计算了传送和接收K比特消息，并且传送距离为d的情况下所消耗的能量。—£九_观比伙)+Erx-amp^k.(/)Eg(札〃)=Ejeck+ea

7、mp*k*"2(1)ER①(k)—ERx—elec^}EXr伙)=^elec*k(2)在本文中并没有忽略接收数据所消耗的能量。1.路由过程正如文献6屮指出的，LEACH协议的缺点是随即选取簇首会导致簇的不平均分布。本文中，采用传统的分簇协议在首轮中将节点分配在几个簇，在接下来的几轮中，节点的分配就不再变化了，在簇内能量级別最高的节点被选为簇首。在簇内，节点的地理信息被用来判断是否存在某些节点距离足够近并且在他们中间只有一个被唤醉也不影响网络的性能。路市过程可以被划分为以下儿个步骤：建立阶段，稳定阶段和前进阶段。在LEACH协议中，我们在每一轮开始前

8、重组簇A.初始簇在最初的一轮中，所有节点发送包含了器位置信息的信息到基站。然后基站将节点分到不同的簇内，并且向簇内的成员广