传感技术中的无线传感器网络低功耗分簇路由算法研究

引 言 　　无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由一组微型传感器节点以自组织方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者。近年来,随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,传感器网络的应用越来越广泛。在无线传感器网络中,除了少数节点需要移动以外,大部分节点都是静止的。它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源补充非常困难,因此,设计有效的协议和算法以延长网络的生命周期是WSN的核心问题之一。 　　1 相关研究 　　针对无线传感器网络能量受限的特点,对适应其特点 【传感技术中的无线传感器网络低功耗分簇路由算法研究】 无线传感器网络（WSN）是一种由微型传感器节点组成的自组织无线网络，用于协同感知、收集和处理所覆盖区域内的信息，并将这些信息传递给观察者。随着通信、嵌入式计算和传感器技术的快速发展，WSN在各种领域中的应用愈发广泛。由于大多数WSN节点部署在难以到达或恶劣的环境中，且能源补给困难，因此设计能有效延长网络寿命的低功耗算法至关重要。 在WSN的低功耗算法研究中，LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）算法是一个重要里程碑。LEACH通过让节点轮流担任簇首来分散能量消耗，减少网络的不均衡能耗。然而，LEACH仅适用于小型网络，因为它基于单跳通信模型。为了解决这个问题，后续研究发展出了M-LEACH，这是一种多跳版本的LEACH，允许簇内节点通过其他节点转发数据，增强了网络覆盖范围。此外，还有研究采用了自下而上的簇首生成策略，构建多层结构的WSN网络，以及基于代价目标函数的路由算法，以平衡网络中的能量消耗。 本文提出的低功耗路由算法借鉴了LEACH的轮换思想，但改进了簇的构建和数据传输过程，以适应WSN的能量受限特性。算法分为两个阶段：簇的建立和数据传输。在簇的建立阶段，选举簇首，生成簇，并分配时间限制；在数据传输阶段，节点将数据逐层上传至基站，期间可能涉及数据融合和加密等操作。 为了优化能量消耗，算法采取了异构簇结构。远离基站的簇比靠近基站的簇更大，这样可以平均转发数据时的能量消耗，避免靠近基站的节点过早耗尽能量，导致网络性能下降。节点通过测量接收到基站信号的强度来估算其与基站的距离，这不仅有助于选择合适的发送功率，也是构建非均匀簇结构的关键。 无线传感器网络的低功耗分簇路由算法研究是提高网络生存时间和效率的重要途径。通过对现有算法的改进和创新，可以实现更均衡的能量使用，延长网络生命周期，从而更好地服务于各种监测和数据收集应用。