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论文研究-依托路由规则的自适应能量优化分簇无线传感器网络路由算法.pdf
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2019-07-23
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针对分簇无线传感器网络中节点能量负载不均衡导致簇头在任务较多的情况下过早死亡,以及路由能量损耗较大等问题,提出一种自适应能量优化分簇的路由算法。在簇头选举和竞争半径的计算上通过权衡系数充分考虑了竞选节点的剩余能量与距离情况,延长了簇头的生命周期。以路由规则的形式来制定簇头间转发数据是采用单跳路由还是多跳路由,在保证簇头不会过早死亡的情况下最大化减少路由的能量损耗。实验仿真结果表明,自适应能量优化分簇的路由算法可以延长网络节点的生命周期,减少能量损耗。
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收稿日期:20131223;修回日期:20140210 基金项目:国家自然科学基金资助项目(301873)
作者简介:杨晗(1981),男,四川岳池人,助理研究员,硕士,主要研究方向为软件工程、传感器网络、数据库等(yang1981han@163.com);杨天
明(1968),男,湖北咸宁人,高级工程师,博士,主要研究方向为数据存储、网络文件系统等.
依托路由规则的自适应能量优化分簇
无线传感器网络路由算法
杨 晗
1
,杨天明
2
(1.西南石油大学 应用技术学院,四川 南充 637000;2.华中科技大学 计算机科学与技术学院,武汉 430074)
摘 要:针对分簇无线传感器网络中节点能量负载不均衡导致簇头在任务较多的情况下过早死亡,以及路由能
量损耗较大等问题,提出一种自适应能量优化分簇的路由算法。在簇头选举和竞争半径的计算上通过权衡系数
充分考虑了竞选节点的剩余能量与距离情况,延长了簇头的生命周期。以路由规则的形式来制定簇头间转发数
据是采用单跳路由还是多跳路由,在保证簇头不会过早死亡的情况下最大化减少路由的能量损耗。实验仿真结
果表明,自适应能量优化分簇的路由算法可以延长网络节点的生命周期,减少能量损耗。
关键词:无线传感器网络;自适应能量优化分簇;簇头选举;竞争半径;路由规则
中图分类号:TP39303 文献标志码:A 文章编号:10013695(2015)02058504
doi
:10.3969/j.issn.10013695.2015.02.059
Adaptiveenergyoptimizedclusteringalgorithmfor
wirelesssensornetworkrouting
YANGHan
1
,YANGTianming
2
(1.CollegeofAppliedTechnology, SouthwestPetroleum University,NanchongSichuan637000,China;2.CollegeofComputerScience&
Technology,HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan 430074,China)
Abstract:Forclusternodesinwirelesssensornetworksenergyloadimbalancetocauseclusterheadtoearlydeathinthecase
ofmoretasks,androutingproblemsuchaslargerenergyloss,thispaperproposedanadaptiveenergyoptimizationclustering
routingalgorithm.Fullyconsideringthenoderesidualenergyanddistancebytheweighcoefficientontheclusterheadelection
andcompetitionradiuscalculation
,whichachievedprolongthelifecycleoftheclusterhead.Forwardingdatabetweenthepro
visionsoftheclusterheadistousemorethanonehoproutingorhoproutingbytheformoftheroutingrules,tomaximizere
ducetheenergylossintheroutinginthecaseofclusterdoesnotguaranteetheearlydeath.
Keywords:wirelesssensornetwork(WSN);adaptiveenergyoptimizationclustering;clusterheadelection;competition
radius;routingrules
,
引言
无线传感器网络(WSN)是通过传感器节点之间的协作而
形成的自组织网络,在资源探测、环境监控、工业生产以及军事
侦察等方面都被广泛应用,具有低功耗、实时数据传输、覆盖范
围广等特点。对于无线传感器网络的研究涉及到多个方面,包
括了路由协议、覆盖性能、目标定位、安全协议等。其中,对于
无线传感器网络路由协议,有研究报告表明,通过节点选取簇
头,利用簇头间通信将数据传输到基站的方式,相比节点数据
的直接传输方式能够更有效地节省能量
[1,2]
。LEACH算法
[3]
是由 Heinelman等人提出的较为经典的一种分簇算法,通过簇
的重构来随机选举簇首,采用等概率的均匀选举方式,但这种
选举方法并没有考虑节点剩余能量,由于靠近基站的一些簇内
节点较少,容易被频繁选为簇头,导致剩余能量过低而过早消
亡。
刘志新等人
[4]
提出一种无线传感器网络节能分簇算法,基
于节点的物理位置信息以及节点分布区的部署密度,通过剩余
能量阈值实现簇头的迁移,有效平衡网络能量负载,延长网络的
生命周期。
Song等人
[5]
提出一种能量均衡的非均匀分簇路由
算法(UDEB),算法通过采用一种动态路由方法来分析网络中
的节点转发能耗,用网络划分策略来均衡网络能耗。
Hu等人
[6]
采用粒子群优化的方法来选择主、副簇头,当主簇头能量过低
时,通过备用次优节点当选的副簇头来代替主簇头完成数据采
集及转发任务,有效减去主簇头的能量负担。解志斌等人
[7]
基
于粒子群优化算法,提出一种双簇头分簇路由算法,通过考虑节
点能量、链路距离、节点间的位置关系来构建簇头选取的适应函
数,并由副簇头来协助完成数据转发,使簇头的能量负担得到缓
解,均衡网络能耗。林恺等人
[8]
提出一种基于能量预测的无线
传感器网络分簇算法,将对节点剩余能量的预测参数引入到簇
头选举的阈值计算当中,有效地保证了能耗较慢以及剩余能量
较高的传感器节点能够有更大的概率当选簇头。
尽管很多分簇算法在簇头选举时都主要考虑了节点的剩
余能量情况,但出现剩余能量较大,距离较远的节点和剩余能
量较小,距离较近的节点时,如果只选择剩余能量较大的簇头,
第 32卷第 2期
2015年 2月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.32No.2
Feb.2015
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