基于分簇的无线传感器网络路由协议研究

由于传感器节点能量、存储处理和传输能力的限制,使得传统的无线路由协议不适合无线传感器网络,从而设计能够有效节约能量,延长网络生命周期的路由协议成为无线传感器网络研究的一个重点,其中对网络进行分簇化管理是一个重要的研究方向。 本文对无线传感器网络分簇路由协议进行了详细的研究与分析。阐述了无线传感器网络路由协议的特点和分类,对目前提出的具有代表性的无线传感器网络分簇路由协议,分析了其基本工作原理。通过对各个协议性能的综合对比分析,总结出现有分簇路由协议的特征和不足之处,在此基础上,从簇头的产生、簇的形成、数据传输三个方面加以改进,提出了一种能量高效的分簇路由协议——CRPE。 在CRPE协议中,针对簇首选择的随机性使得能量较小的节点也被选为簇首的问题,采用随机选择和基于权值的选择相结合的方式,综合考虑节点的剩余能量和该节点之前是否已担当过簇首来设定权值,并注意能量因素对权值的影响程度,从而调整节点成为簇首的概率。在成簇过程中,节点根据收到的各簇首的广播报文信号强度和剩余能量信息,选择距离近且剩余能量高的簇首节点并申请加入该簇。根据簇首离基站的远近,通过调整簇内成员的最大值,限制成簇规模,避免簇间负载不均衡。在数据传输中采用多跳与单跳相结合的方式将数据传送到基站,设立转发代价参数,根据节点间距离和节点剩余能量选择转发代价小且能量状况好的簇首作为下一跳节点转发数据,均衡了节点能量消耗,进一步提高了网络的生命周期。 最后,对提出的分簇路由算法和LEACH算法进行仿真对比实验,验证了新算法在节约节点能量和延长网络生命周期方面的可行性和有效性。