无线传感器网络路由协议研究

摘要：对无线传感器网络经典的LEACH路由算法作了分析，提出了一种改进型算法。通过仿真，改进后的LEACH算法提高了传感器网络的能效，延长了系统的工作寿命。关键词：无线传感器；路由协议；LEACH0 引言 传感器网络通常由覆盖一个地区的若干传感器节点组成。每个传感器节点独立进行数据收集及处理，并将得到的数据通过无线连接传送到网关节点，再由网关节点向互联网发送。对于传感器网络，路由协议设计是很具挑战性的。首先，节点没有全球唯一的标识符，传统的互联网路由协议无法应用在传感器网络中；第二，传感器网络中的所有节点都是源节点，向唯一的目的节点Sink发送数据；第三，由于在被测对象内部或附近部署了大量的节点，它们采集到的数据是相同或相近的。这就需要路由协议具有数据融合力，以节约电能，提高带宽利用率；第四，节点具备处理能力。节点的电能存储能力是很有限的，需要强大的资源管理和任务调度能力。因此，传感器网络的路由协议是与传统网络截然不同的。1 LEACH协议 簇的建立和簇头特定任务的分配对于整个系统的可扩展性、寿命和能量效率起着非常大的作用。聚类路由是降低簇中能量消耗的一种有效方式。LEACH(Low-Energy Adaptive Cluster-based Hierarchy)算法是最早的比较成熟的聚类路由算法。 LEACH协议的随机簇头选择分布不均匀，而且LEACH协议是根据节点曾经担当簇头的次数来决定是否担任簇头而没有考虑节点的剩余能量；同时，LEACH网络协议在节点数量大的无线传感器网络中使用时会采集大量的冗余数据，这样会使网络由于处理大量的冗余数据而使网络能耗大大增加，缩短了网络的生存周期。 LEACH-C(LEACH-centralized)是集中式的簇头产生算法，由基站负责挑选簇头。因为无线传感器网络中使用节点数量大，节点覆盖密度也大，这样无法避免地使单个节点采集的数据与整个无线传感器网络采集的数据有很大的关联性。而用户需要的，并不是所有的节点采集的数据(包含冗余数据)，而只是对发生事件的描述——利用网络数据集分析出的被观测区域正在发生的事件状况。2 LEACH协议的改进 可以对LEACH协议进行改进，在成簇阶段(setupstate)之前，插入一个以节点能量为判断标准的筛选过程，将节点的剩余能量与网络的平均能量相比较，一旦判断出本节点的能量大大的低于网络的平均能量，宣布节点在接下来的循环进入休眠状态直至新的成簇阶段到来时才重新开启节点，并再次进行筛选。同时，对成簇阶段的非簇内节点，在接下来的循环中使其进入休眠状态直至新的成簇阶段到来时才重新开启节点。 能耗设置方面，作了如下设置：发送节点的能耗包括启动收发机能耗和放大信号能耗；接受节点的能耗设置为启动收发机能耗。如图1所示。

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从图1可以看出：每处理k个bit的信息，需要消耗的能量为Eelec*k，而信号放大能量需要由信号传播的距离决定，εamp为放大系数。我们可以把距离分作两种：信号在簇内部传输时，我们视其为自由空间传输，此时信号收发机的能耗为：为簇间传输距离。

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