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论文研究-基于剩余能量和节点度的无线传感器网络分簇算法.pdf
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2019-07-22
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为了解决无线传感器网络的能量效率问题,提出了一种基于剩余能量和节点度的分簇算法BREND。该算法在簇头选取过程中,通过两轮分簇竞选最终簇头,综合考虑所有节点剩余能量和节点度,避免能量低的节点当选为簇头,并且采用临时簇头退位机制,一跳通信范围内只有一个临时簇头,使簇头分布更加均衡。仿真结果表明,与LEACH和ENCA算法相比,该算法延长了网络生存时间。
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收稿日期: 2010唱07唱11; 修回日期: 2010唱08唱14 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(60703118,60974082,60874085) ;中央高校基本
科研业务费专项资金资助项目( JY10000970013,1000090012)
作者简介:傅菊平(1985唱) ,女,江西吉安人,硕士研究生,主要研究方向为无线传感器网络优化( jupingfu552@126.com) ;齐小刚(1973唱) ,男,
副教授,硕导,主要研究方向为图论与组合最优化、网络优化理论与方法、路由与交换.
基 于 剩 余 能 量 和 节 点 度 的 无 线 传 感 器 网 络
分 簇 算 法
倡
傅菊平
a,b
, 齐小刚
a,b
(西安电子科技大学 a.数学科学系; b.综合业务网国家重点实验室, 西安 710071)
摘 要: 为了解决无线传感器网络的能量效率问题,提出了一种基于剩余能量和节点度的分簇算法 BREND。
该算法在簇头选取过程中,通过两轮分簇竞选最终簇头,综合考虑所有节点剩余能量和节点度,避免能量低的节
点当选为簇头,并且采用临时簇头退位机制,一跳通信范围内只有一个临时簇头,使簇头分布更加均衡。 仿真结
果表明,与 LEACH 和 ENCA 算法相比,该算法延长了网络生存时间。
关键词: 无线传感器网络; 分簇路由; 剩余能量; 节点度; 生命周期
中图分类号: TP393 文献标志码: A 文章编号: 1001唱3695(2011)01唱0250唱03
doi:10.3969 /j.issn.1001唱3695.2011.01.070
Clustering algorithm based on residual energy and node degree for WSNs
FU Ju唱ping
a,b
, QI Xiao唱gang
a,b
( a.Dept.of Applied Mathematics, b.State Key Laboratory of Integrate Services Networks, Xidian University, Xi’ an 710071 , China)
Abstract: To solve the energy efficiency problem in the wireless sensor networks, this paper presented a clustering algorithm
based on residual energy and node degree(BREND).In cluster heads election phase of every round, by twice clustering elec唱
tion for the final cluster heads, it considered the residual energy and nodes degree of all the nodes in each cluster.On the one
hand, it avoided the nodes that have lower energy were elected as cluster heads, on the other hand, it adopted temporary clu唱
ster heads quiting strategy, that was there was only one temporary cluster head in a node communication scope, which made
cluster heads distribution more equably.Simulation results show that, in comparison with LEACH and ENCA, the network li唱
fetime is efficiently prolonged.
Key words: wireless sensor networks(WSNs); clustering route; residual energy; node degree; lifetime
无线传感器网络(WSNs) 是由部署在监测区域内大量的
廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式组成的一个多跳
的自组织网络系统。 其主要功能是对周边环境信息进行采集
和管理, 并 将 感 知 到 的 数 据 发 送 到 基 站 进 行 进 一 步 的 处
理
[1 ~3]
。 无线传感器网络节点具有体积小、价格低等良好性
质,在工业、农业、交通、军事、安全、医疗、空间探测以及家庭和
办公环境等众多领域都有着广泛的应用。
与传统的 Ad hoc 网络相比,节点电源能量有限、通信能力
有限以及计算和存储能量有限是无线传感器网络最大的特点,
也是制约路由协议的主要因素。 因此,无线传感器网络的能效
利用非常重要,如何提高网络能量效率,已经成为研究无线传
感器网络的瓶颈。 采用高效的路由算法,可以大大提高 WSNs
的能量效率,分簇路由算法被认为是比较符合传感器网络特性
的高效算法。
1 研究现状
针对无线传感器网络的特性,Heinzelman 等人
[4]
提出了
LEACH (low唱energy adaptive clustering hierarchy,低能耗自适应
分簇层次算法) 算法。 其核心思想是让每个节点轮流担当簇
头,从而使得网络中的能量消耗尽可能均匀,减小网络失效时
的能量浪费。 LEACH 算法相对于平面网络来说是一个非常大
的突破,从传统的平面路由发展到分层路由。 但该算法只考虑
了单跳情况,在簇头选取过程中没有考虑节点剩余能量,远离
基站 sink 的簇头很容易死亡,虽然相对平面网络有较大改进,
但仍存在缺陷。 文献[5]中提出了一个多跳簇头模型,采用从
下到上的策略,逐层生成每一层的簇头,最终得到一个多层结
构的 WSNs 网络。 该文章的重点就是通信过程中采用多跳的
路由方式,较经典的 LEACH 算法提高了网络生命周期,但仍
没有考虑节点剩余能量,网络能量不能完全利用。 文献[6] 提
出了 EEUC(能量高效的非均等分簇)算法。 在 EEUC 算法中,
每个节点先根据一个预先确定的门限,随机确定自己是否成为
伪簇头。 成为伪簇头的节点根据接收到的 sink 信号能量,计
算自己与 sink 的距离,形成不同半径的竞争区域。 竞争区域
内的伪簇头通过竞争,能量最大的成为簇头;簇头再根据周围
簇头的剩余能量与转发代价,从转发代价最小的两个簇头中选
择剩余能量最大的簇头作为自己的下一跳节点。 该算法较之
LEACH 能耗更加均衡,网络的生命周期也更长。 但文中没有
给出参数的选取策略,需要人工选取,实际操作比较困难。
第 28 卷第 1 期
2011 年 1 月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Computers
Vol.28 No.1
Jan.2011
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