无线传感器网络中基于最小跳场的南可控半径成簇路由协议大.pdfVIP

第 3O卷第 5期 2008年 5月 Mav 2008 Vo1．30 NO．5 文章编号 ：1673—9868(2008)05—0159—06 m 西 无线传感器网络中基于最小跳场的 南 大 可控半径成簇路 由协议 学 U 学 杨 阳， 刘 枫 ， 闻 晓 ， 胡志竹 报 西南大学 计算机与信息科学学院，重庆 400715 然 N 摘要 ：针对无线传感器网络 中节点能量有限等特点，提 出了分布式的半径可控分簇算法一CRMH。该算法不依赖全 局信．a-，基于节点最小跳数和剩余能量等参数并针对节点能耗分布不均的特点，构造通信半径大小不等的簇 ，使能 量合理分布．理论分析和仿真表 明，本算法在簇首分布和拓扑控制等方面取得 了较好的结果，有效地平衡 了网络 的 能量 消耗。 眦 关 键 词 ：无线传感器网络 ；路 由；最小跳数 ；簇半径 ；分布式 E 中图分类号 ：TP393 文献标识码 ：A 目前提出的传感器网络路由协议从网络拓扑结构的角度可分为：平面路 由和层次路由u ：平面路 由简 单、易扩展 ，但 网络中无管理节点，缺乏对通信资源的优化 ；层次路由协议中，如何优化簇首的选择是协议 设计所必须考虑的重要问题之一，也是影响网络能量损耗分布、提高网络生存时间的关键因素 ．在层次 路由中，只有部分节点负责路由信息的转发 ，而其他节点关闭通信模块或进入休眠状态，从而达到延长大 部分节点生存期限的 目的。典型的层次路 由算法包括 LEACH_l3和 HEED_l4等：LEACH通过随机选举簇 首来平均网络节点能耗 ，但数据传输的前提是假定每个节点均能与Sink节点通信 ，这在实际应用 中是不可 行 的，节点长距离通信会快速消耗能量，不适合大规模传感器 网络 ；HEED是分布式的成簇算法，但它选 择簇首时需要节点之间迭代通信 ，延长了成簇时间、增大了额外通信代价．这些算法通常采用固定通信半 径 ，形成大小相 同的簇结构 ，但这种分布并不合理 ，具体见 2．2节． 基于上述研究，提出了一种基于最小跳场策略的可控簇半径的分布式成簇算法 (acontrollablecluste— ringradiusWSNroutingprotocolbaseonminihop，CRMH)．即根据第一次最小跳数场建立的参数和局部 信息加权计算候选节点的权值来选出簇首，并根据节点分布和多跳传输 ，簇首能量消耗不均等特点调整簇 首通信半径 ，形成大小不等的簇结构． 1 模型与定义 1．1 网络结构 假定 N个传感器节点随机部署在L×L大小的一个 区域M 内，用于周期性采集数据．Sink节点 (基站) 位于监测区域边缘 ，采集数据并传输到终端 ，能量为 +D(O．传感器节点基于以下条件 ：① 节点同构 ，初始 能量相同，具备数据融合的功能，且拥有唯一的ID；② 节点可根据需要调整其发射功率以节约能量消耗， 但有最大传输范围；③ 节点固定或移动性很低 ，网络拓扑不易改变 ，节点对 自己位置不可知． 收稿 日期：2007—11—21 基金项 目：重庆市科委重大专项资助项 目(2007AB2O31)． 作者简介 ：杨 阳(1982一)，男，四川广安人 ，硕士研究生 ，助教 ，主要从事传感器 网络 、分布式控制系统 、计算机通信 、嵌入式的研究 160 西南大学学报 (自然科学版) 投稿网址 http：／／xbgjxt．SWU．cn 第 30卷 1．2 相关 定义 定义 1 第 i个节点为 s，则所有节点集合 S一 {s，sz，ss，…，SN}．对于 VSi∈S，lSl—N · 定义2 针对任一节点 R 为簇内最大通信半径，R 为实际簇 内通信半径，R 为簇间通信半径， hop 为最小跳数，初始值为无穷大 (。。)．