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论文研究-WSN中基于能量和距离的自适应分层路由算法.pdf
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针对无线传感器网络中能量受限的问题,提出了节能的、负载均衡的分层路由算法EDUC(energy-based and distance-based unequal clustering algorithm)。EDUC用基于能量和距离的概率模型产生候选簇头;同时,EDUC利用定时器,使局部区域内剩余能量多的候选簇头成为簇头,并且根据能量和距离计算簇的半径。普通节点根据能量和距离计算候选节点的权值,加入权值最大的簇头。在构建多跳路由时,簇头根据候选节点的剩余能量、簇内和簇间通信代价选择最优的中继节点。在OMNet 平台上的仿真结果表明,与其他算法相比,EDUC能够有效地均衡能量消耗,降低节点死亡速度,从而延长网络生命周期。
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收稿日期:20131007;修回日期:20131125 基金项目:山东省自然科学基金资助项目(ZR2013FM008);山东省科技发展计划资助项
目(2011GGH20123);济南市高校院所自主创新项目(2010040072)
作者简介:刘方爱(1962),男,山东青岛人,教授,博导,博士,主要研究方向为分布式计算、传感器网络、P2P网路(lfa@sdnu.edu.cn);张春花(1989),
女,山东莒县人,硕士,主要研究方向为无线传感器网络;吴楠(1988),男,山东莱芜人,硕士研究生,主要研究方向为无线传感器网络.
WSN中基于能量和距离的自适应分层路由算法
刘方爱
a,b
,张春花
a,b
,吴 楠
a,b
(山东师范大学 a.信息科学与工程学院;b.山东省分布式计算机软件新技术重点实验室,济南 250014)
摘 要:针对无线传感器网络中能量受限的问题,提出了节能的、负载均衡的分层路由算法 EDUC(energybased
anddistancebasedunequalclusteringalgorithm
)。EDUC用基于能量和距离的概率模型产生候选簇头;同时,EDUC
利用定时器,使局部区域内剩余能量多的候选簇头成为簇头,并且根据能量和距离计算簇的半径。普通节点根
据能量和距离计算候选节点的权值,加入权值最大的簇头。在构建多跳路由时,簇头根据候选节点的剩余能量、
簇内和簇间通信代价选择最优的中继节点。在 OMNet++平台上的仿真结果表明,与其他算法相比,EDUC能够
有效地均衡能量消耗,降低节点死亡速度,从而延长网络生命周期。
关键词:无线传感器网络;概率模型;定时器;能量;距离;权值
中图分类号:TP393;TP301.6 文献标志码:A 文章编号:10013695(2014)11343404
doi
:10.3969/j.issn.10013695.2014.11.053
AdaptivehierarchicalroutingalgorithmforWSNbasedonenergyanddistance
LIUFangai
a,b
,ZHANGChunhua
a,b
,WUNan
a,b
(a.SchoolofInformationScience&Engineering,b.ShandongProvincialKeyLaboratoryforNovelDistributedComputerSoftwareTechnology,
ShandongNormalUniversity,Jinan 250014,China)
Abstract:Aimingattheproblemofenergylimitationinwirelesssensornetworks(WSN),thispaperpresentedanenergysa
vingandloadbalancingclusteringrouting(EDUC)algorithm.EDUCgeneratedcandidateclusterheadsbyusingenergybased
anddistancebasedprobabilitymodel.Atthesametime
,EDUCutilizedtimertomakethecandidateclusterheadswithhigh
residualenergyinlocalareabecomeclusterheads.Inaddition,EDUCcalculatedclusters’radiusonthebasisofenergyand
distance.Moreover
,ordinarynodescalculatedcandidatenodes’weightonthebasisofenergyanddistance,andthenthey
joinedtheclusterheadwiththebiggestweight.Furthermore,atthephaseofconstructingmultihoprouting,clusterheads
consideredtentativenodes’residualenergy,costsofinterclusterandintraclustercommunicationtoselectanoptimalrelay
node.SimulationresultsonOMNet++showthatEDUCcanefficientlybalanceenergyconsumption,reducethespeedofnodes
dyingandprolongthenetworklifetimecomparedwithotheralgorithms.
Keywords:wirelesssensornetworks;probabilitymodel;timer;energy;distance;weight
!
引言
无线传感器网络(WSN)由传感器节点和信息收集节点
(
sink)组成
[1]
。传感器节点能量有限,因此节能至关重要
[2]
。
层次路由相比平面路由能够有效地节约能量、延长网络生命周
期
[3]
。基于层次路由的网络被分成许多不同的簇,每个簇有
一个簇头节点(CH)和若干簇内节点(MN)
[4]
。图 1是层次路
由的网络拓扑图。
LEACH
[5]
是典型的分簇算法,它提出了周期性地轮换簇
头的机制,但是这不足以解决 WSN中能量消耗的不 平衡问
题
[6]
。文献[7]改进了 LEACH的簇头选举的概率模型,在模
型中引入了剩余能量和距离。在本文中将文献[7]提出的算
法记为
ILEACH。但是,随着网络的运行,所有节点的剩余能
量变低,T(n)值变小,那么在网络中将很难选举出簇头。簇头
的数量变少且负载加重,容易过早耗尽能量。
文献[8]提出了基于能量和距离的集中式的分簇算法 ED
LEACH,由 sink选取簇头,簇头分布不均。文献[9]提出了非
均匀分簇与多跳路由相结合的 DEBUC算法,但是在竞选簇头
和计算簇头竞争半径时没有综合考虑能量和距离。虽然多跳
通信方式能够节约能量
[10]
,但是这将导致靠近 sink的节点需
要转发其他簇的数据而过早耗尽能量,研究者将这个问题称为
热区问题。
为了解决以往分簇算法的不足,本文提出了 EDUC算法。
EDUC提出了改进的基于能量和距离的概率模型,同时提出了
第 31卷第 11期
2014年 11月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.31No.11
Nov.2014
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