无线传感器网络能量均衡问题的研究

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b810485560.html,

无线传感器网络能量均衡问题的研究

作者：王琨孙嘉骏

来源：《软件工程师》2015年第11期

摘要：在使用无线传感器网络进行数据传输时经常会碰到网络空洞问题。为了避免网络

空洞问题，提升无线传感器网络整体的使用寿命，我们提出一种基于网络划分的分簇路由算法。在该算法中，我们先将网络按照距离基站的距离划分为近距离和远距离两部分。在远距离节点中依据节点的邻居节点数目，剩余能量和距离基站距离选择簇首节点，进行分簇路由。仿真实验表明该算法在平衡节点能耗、提升网络生存时间等方面发挥了显著作用。

关键词：能量平衡；无线传感器网络；分簇路由

中图分类号：TP393.0 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的特殊的数据采集、传输、接收以及处理的网络系统。在该网络中，通过将传感器节点部署到目标区域的各个角落来进行对目标区域内特定数据的采集工作，随后通过无线传输的方法将各个节点采集到的数据传输给基站节点，并由基站节点完成对数据的后续加工处理，从而实现对目标区域进行实时监控的目标。特别地，无线传感器网络在不适宜人类活动的场所发挥着不可替代的应用。然而随着无线传感器网络推广和应用，人们发现能量问题是其实际应用中必须解决的难题。无线传感器中每个传感器节点体积有限，难以配置大容量的供电设备，致使每个传感器节点的能量有限，如果单个节点的能量耗尽，那么它将不再参与后续的数据的转发、接收工作，我们将这类节点称为“死亡节点”。特别地，在数据的传输过程中，存在这样一类节点：它们由于其自身位置的特殊的原因，会比周围其他节点更多次的进行数据转发和接收，从而提前死亡。它们死亡后周边区域内的节点会因为找不到替代的中继节点而无法将数据发送给基站节点。我们将这类问题称为无线传感器网络的传输空洞问题。当传送空洞范围无限扩大时，网络的连通性就会被破坏，造成远端节点即使有能量也无法将数据传送给基站，或者必须使用大能耗的远距离单跳传输方式传输，最终导致整个网络提前死亡。为了避免和解决传输空洞问题，学者们进行了广泛的研究，尝试了各种策略。研究表明分簇路由算法在平衡能量消耗、节省能量等方面比平面路由算法有更好的表现。如图1所示，分簇路由将网络分割成不同的节点簇，每个簇包含一个簇首节点和若干个簇成员节点。簇成员节点将信息以单跳发送给簇首节点，而簇首节点则负责对簇内节点发送的数据进行数据融合，去掉冗余的数据，将融合后的数据转发给接簇外的节点。一般情况下，簇首节点距离基站节点距离较远，而研究表明，在远距离无线传输的情况下，使用多跳传输比单跳传输更节省能量，所以分簇路由实际上是通过由簇首节点组成的骨干网络将各分簇内的数据转发给基站节点的。不难发现，簇首节点在分簇路由算法中发挥中至关重要的作用，簇首节点会比簇内其他节点耗费更多的能量。因此分簇路由往往依据特定的标准定期重新选择新的簇首节点，并以此生成新的簇重新进行分簇路由传输。簇首节点的选择方法是影响分簇算法效果的关键因