李建奇，曹斌芳，王 立*，王文虎

(1．湖南文理學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖南常德415000;2．湖南文理學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南 常 德415000)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless Sensor Network)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、分布式信息處理技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息并對(duì)其進(jìn)行處理，最后將信息傳送到用戶［1－3］。由于WSN一般采用電池供電，且更換傳感器節(jié)點(diǎn)不切實(shí)際，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量受限，因此設(shè)計(jì)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的整體能耗效率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的路由協(xié)議是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容［4－5］。

本文主要討論在真實(shí)環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)的分布普遍存在著因自然環(huán)境(水域)、火災(zāi)等災(zāi)難導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)毀壞，或因節(jié)點(diǎn)故障等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)未能有效布置的區(qū)域，本文把這種區(qū)域稱為洞，如圖1所示。從圖1可以很容易觀察到在A，C區(qū)域的節(jié)點(diǎn)的分布大致是中心集中，而B區(qū)是呈現(xiàn)環(huán)形分布。而WSN一般部署在環(huán)境惡劣的區(qū)域，基站位置也因此需遠(yuǎn)離監(jiān)控區(qū)域。有關(guān)的文獻(xiàn)［3－8］均未對(duì)此進(jìn)行探討，本文在LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)協(xié)議，主要思路是在簇的建立過(guò)程中，考慮簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)與簇頭之間形態(tài)，根據(jù)簇內(nèi)的特點(diǎn)建立簇內(nèi)路由機(jī)制采取單跳或者利用PEGASIS協(xié)議構(gòu)成鏈?zhǔn)酵ㄐ?。簇間采用多跳和單調(diào)相結(jié)合的方式通信。

圖1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置分布示意圖

1 系統(tǒng)模型

1．1 網(wǎng)絡(luò)模型

假設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布在M×N的區(qū)域當(dāng)中，并且具有以下性質(zhì):

(1)節(jié)點(diǎn)一旦配置完成即保持靜止不動(dòng)，也不再人工維護(hù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)功能相同，并且具有相同的初始能量，所有節(jié)點(diǎn)都有能力與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，并且具有功率控制功能;

(2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)總有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要發(fā)送;

(3)網(wǎng)關(guān)位于傳感器監(jiān)測(cè)區(qū)域以外的固定一點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)能量不受限制;

(4)相鄰監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)融合;

(5)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有足夠的計(jì)算能力支持不同的MAC協(xié)議和數(shù)據(jù)處理;

(6)每個(gè)節(jié)點(diǎn)均采用全向天線;

(7)節(jié)點(diǎn)之間通信鏈路是對(duì)稱的。

1．2 能量模型

本協(xié)議的節(jié)點(diǎn)能量消耗模型采用文獻(xiàn)［2］。式(1)中，d為傳輸距離，ETx(k，d)表示傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送kbit數(shù)據(jù)通過(guò)距離d時(shí)的能耗，由發(fā)射電路耗損和功率放大耗損兩部分構(gòu)成。功率放大耗損根據(jù)發(fā)送者和接收者之間的距離分別采用自由空間模型和多路徑衰減模型。Eelec為發(fā)射電路的耗損能量。εfs和εmp分別表示兩種信道模型下功率放大所需能量。式(2)表示接收kbit數(shù)據(jù)的能量耗損，僅由電路耗損引起。式(3)為將接收到的n個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的n·kbit數(shù)據(jù)與本身的kbit數(shù)據(jù)融合，融合成kbit數(shù)據(jù)再發(fā)送出去。

數(shù)據(jù)發(fā)送:

2 典型路由協(xié)議

在WSN體系結(jié)構(gòu)中，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度可以大體把它們分為兩類:平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議。LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)協(xié)議是由MIT的Heinzelman等在2000年提出的一種低功耗自適應(yīng)層次路由協(xié)議，很多路由協(xié)議都是基礎(chǔ)改進(jìn)而來(lái)的。PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)協(xié)議不同于LEACH的多簇結(jié)構(gòu)，它是在傳感器節(jié)點(diǎn)中采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行鏈接。

LEACH協(xié)議每輪如果產(chǎn)生簇頭數(shù)較多，由于距離網(wǎng)關(guān)較遠(yuǎn)的簇頭節(jié)點(diǎn)要和基站直接通信，簇頭會(huì)消耗較多能量;如果產(chǎn)生簇頭數(shù)較少，普通節(jié)點(diǎn)要與遠(yuǎn)距離簇頭通信消耗較多能量。同時(shí)在選擇簇頭時(shí)，并沒(méi)有考慮簇頭剩余能量和地理位置等多種網(wǎng)絡(luò)信息，基于隨機(jī)產(chǎn)生簇頭的分簇機(jī)制可能使部分簇頭節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡，部分區(qū)域節(jié)點(diǎn)失去監(jiān)控，也使網(wǎng)絡(luò)總能量消耗過(guò)快［9－10］。

PEGASIS協(xié)議是形成一條鏈，數(shù)據(jù)順著鏈向上融合和傳輸?shù)?，雖然節(jié)省了能量，但卻增加了延遲，從而降低了監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。同時(shí)WSN常應(yīng)用在惡劣的環(huán)境中，被監(jiān)測(cè)的區(qū)域分布有大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，如果中間有一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，這次的數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)失效。而在一個(gè)節(jié)點(diǎn)密集的區(qū)域，這意味這信息反復(fù)的在曲折傳遞，實(shí)際上增加了整體網(wǎng)絡(luò)功耗。

3 改進(jìn)的路由協(xié)議

針對(duì)真實(shí)環(huán)境下存在洞的分布情況，結(jié)合LEACH和PEGASIS的特點(diǎn)，提出了一種新的協(xié)議，在有效降低能耗同時(shí)保證一定的實(shí)時(shí)性。協(xié)議把整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸以輪為單位，每輪又分為簇頭的產(chǎn)生、簇內(nèi)通信的建立、簇首路由的建立和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸階段。

3．1 簇頭的產(chǎn)生

每輪首先由網(wǎng)關(guān)發(fā)出分簇廣播啟動(dòng)本輪簇頭選舉。該信息包含網(wǎng)絡(luò)中所有簇頭的剩余能量的平均值Eav(平均值Eav通過(guò)各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)報(bào)告的各簇的平均能量計(jì)算得到)，凡是剩余能量低于Eav的節(jié)點(diǎn)定義為低能量節(jié)點(diǎn)，這類節(jié)點(diǎn)不參與簇頭競(jìng)爭(zhēng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收該網(wǎng)關(guān)的啟動(dòng)信息后，并根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算出自己到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離，記為dnw。每個(gè)非低能量節(jié)點(diǎn)自身產(chǎn)生一個(gè)介于0～1之間的隨機(jī)數(shù)，將該數(shù)與門限值T(n)作比較，若該數(shù)小于T(n)則該節(jié)點(diǎn)將成為臨時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)，若該數(shù)大于T(n)則該節(jié)點(diǎn)暫時(shí)成為普通節(jié)點(diǎn)，門限值T(n)由式(4)決定［9］:

其中，En是節(jié)點(diǎn)n的當(dāng)前剩余能量，Enav是上一次簇內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均能量(可以近似視為本輪競(jìng)爭(zhēng)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)的平均能量)。Neighbor_num表示節(jié)點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)數(shù)目，CH_Times表示節(jié)點(diǎn)在以前輪數(shù)中被選為簇頭節(jié)點(diǎn)的次數(shù)。簇頭選舉算法應(yīng)當(dāng)優(yōu)先高剩余能量和低能量消耗功率的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先當(dāng)選。

簇首節(jié)點(diǎn)選出之后，廣播自己當(dāng)選簇首的信號(hào)ADV(Advertisement Message)，周圍節(jié)點(diǎn)收到消息后，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度，選擇所屬簇首，然后發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求加入信息，此信息除了包含簇首節(jié)點(diǎn)ID以及自己的ID號(hào)以外，還需要包含自己的剩余能量狀態(tài)、本節(jié)點(diǎn)距離簇頭的距離和本節(jié)點(diǎn)距離網(wǎng)關(guān)的距離［7］。

3．2 簇內(nèi)路由的建立

簇首在一定的時(shí)間內(nèi)接收到所有簇內(nèi)成員的加入請(qǐng)求信息后，將記錄下所有本簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到簇頭的距離。首先簇首根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)距離(即距離網(wǎng)關(guān)的最大距離)，計(jì)算本簇首距離網(wǎng)關(guān)的距離比例，Φi=dig/dng，dig第i個(gè)簇首距離網(wǎng)關(guān)的距離，dng表示網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)距離。當(dāng)Φi系數(shù)小于0．65，即該簇首距離網(wǎng)關(guān)較近，此時(shí)簇內(nèi)路由之間采取單跳通信;當(dāng)Φi系數(shù)大于0．65，即簇首處于網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)以外的區(qū)域(意味該簇首遠(yuǎn)離網(wǎng)關(guān))，此時(shí)簇首將計(jì)算簇的分散系數(shù)ηi，分散系數(shù)描述了本簇內(nèi)各成員分散的特點(diǎn)。分散系數(shù)的計(jì)算如式(6)所示，通過(guò)對(duì)各簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)距離簇頭與距網(wǎng)關(guān)距離之比求和，再除以簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)。離散系數(shù)根據(jù)式(2)計(jì)算測(cè)量簇內(nèi)非簇頭節(jié)點(diǎn)的分布程度:

dng為第n個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)至的網(wǎng)關(guān)距離，dni為第n個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)至簇頭的距離。該ηi越大反映簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)距離網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)，離本簇頭的平均距離同樣遠(yuǎn)。當(dāng)該系數(shù)超過(guò)一個(gè)閾值后，簇內(nèi)直接采用單跳通信不利于節(jié)約能耗，因此將由簇頭啟動(dòng)PEGASIS協(xié)議構(gòu)建簇內(nèi)路由。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)值確定，閾值選擇為0.65。當(dāng)ηi分散系數(shù)小于等于0．65時(shí)，則定義該簇為常規(guī)區(qū)域，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用單跳方式直接和簇頭節(jié)點(diǎn)通信，簇頭分配好的TDMA表廣播給每個(gè)簇內(nèi)成員，同時(shí)廣播下一次簇內(nèi)將接任簇頭的下輪節(jié)點(diǎn)，接任節(jié)點(diǎn)將做好準(zhǔn)備。接任節(jié)點(diǎn)根據(jù)離本輪簇頭最近進(jìn)行選擇。

簇的類型通過(guò)ηi分散系數(shù)被定義為緊密簇和分散簇。當(dāng)ηi分散系數(shù)小于0．65時(shí)，則定義該簇為存在空洞的分散區(qū)域，該分區(qū)采用PEGASIS協(xié)議使用貪婪法構(gòu)成鏈路，同時(shí)將簇頭的資格轉(zhuǎn)移給離網(wǎng)關(guān)最近的非低能量節(jié)點(diǎn)，并由新簇頭節(jié)點(diǎn)報(bào)告網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)同時(shí)將該簇頭在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)隙上置后，避免影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能。各節(jié)點(diǎn)將自身的距離網(wǎng)關(guān)的信息報(bào)告簇頭。

3．3 簇間多跳路由的形成

簇建立之后，每個(gè)簇首廣播一個(gè)非持續(xù)性強(qiáng)度信號(hào)，信號(hào)中還要包含自身的ID，每個(gè)簇首接收到其它簇首廣播的強(qiáng)度信號(hào)，確定出模擬距離信息并記錄下來(lái)，然后所有簇首節(jié)點(diǎn)把這些模擬距離信息發(fā)送給基站，同時(shí)還要發(fā)送自己的剩余能量狀況并捎帶發(fā)送本簇的平均剩余能量。站接收到這些信息后采用文獻(xiàn)［8］算法，規(guī)劃出全網(wǎng)鏈路拓?fù)?，同時(shí)記錄下剩余能量不足的簇首。接下來(lái)把網(wǎng)絡(luò)鏈路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)廣播給所有簇首節(jié)點(diǎn)。這樣簇首間的主干網(wǎng)絡(luò)形成。簇間的鏈路多跳路由如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)簇頭路由拓?fù)浣Y(jié)示意圖

3．4 簇間的數(shù)據(jù)傳輸階段

簇間數(shù)據(jù)傳輸與LEACH中的方法是類似的，每個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)TDMA表，在自己的時(shí)隙內(nèi)向簇首傳輸數(shù)據(jù)。簇首接收完簇內(nèi)成員的數(shù)據(jù)并進(jìn)行融合后，根據(jù)開始向沿鏈路向網(wǎng)關(guān)傳輸，每個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)接收到上一級(jí)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，然后再發(fā)送給下一跳節(jié)點(diǎn)。需要注意的是，發(fā)送節(jié)點(diǎn)每發(fā)送出數(shù)據(jù)后并不立即清除該數(shù)據(jù)，而是存儲(chǔ)一定的時(shí)間，接收數(shù)據(jù)的簇首一旦接收到上級(jí)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)立即返回一個(gè)已接收信號(hào)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)收到后再把已發(fā)數(shù)據(jù)清除，如果在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到反饋信號(hào)，則表明該數(shù)據(jù)發(fā)送丟失，則重發(fā)一次，如果還是發(fā)送不成功，則把該數(shù)據(jù)發(fā)送給鏈路表中的下一跳簇首節(jié)點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)同樣設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，如果長(zhǎng)時(shí)間接收不到上一級(jí)簇首節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則不再等待，而是直接把自己的數(shù)據(jù)向下一跳節(jié)點(diǎn)傳輸［10－12］。

數(shù)據(jù)傳輸一段時(shí)間后，基站選擇一個(gè)新的簇首節(jié)點(diǎn)作為鏈?zhǔn)着c自己直接通信，同時(shí)根據(jù)記錄下來(lái)的能量匱乏節(jié)點(diǎn)信息，避開這些節(jié)點(diǎn)充當(dāng)鏈?zhǔn)?，以均衡?fù)載。網(wǎng)絡(luò)主干路由依據(jù)這個(gè)新的鏈?zhǔn)自龠M(jìn)行一段數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)所有簇首(除了能量匱乏節(jié)點(diǎn))充當(dāng)過(guò)鏈?zhǔn)字螅麄€(gè)數(shù)據(jù)傳輸將進(jìn)入新的一輪，進(jìn)行簇的建立、簇首間路由的建立和數(shù)據(jù)傳輸階段，循環(huán)往復(fù)。

4 改進(jìn)算法分析

本文利用MATLAB軟件將改進(jìn)算法(NEW＆P)與LEACH算法和PEGASIS算法進(jìn)行了仿真比較，分別從網(wǎng)絡(luò)生存周期和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延兩方面來(lái)評(píng)價(jià)改進(jìn)算法的性能。在傳感區(qū)域?yàn)?00 m×100 m的空間內(nèi)有100個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，在區(qū)域內(nèi)隨機(jī)的產(chǎn)生2個(gè)10 m×10 m空洞區(qū)域，該區(qū)域不設(shè)置節(jié)點(diǎn)。LEACH協(xié)議中假設(shè)節(jié)點(diǎn)不知其地理位置，且節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布，本文采用LEACH協(xié)議中原有的參數(shù)來(lái)仿真。改進(jìn)協(xié)議主要是與LEACH進(jìn)行比較，本文采用MATLAB對(duì)LEACH協(xié)議和改進(jìn)算法進(jìn)行了仿真和比較，其中基站位置被固定為(0 m，0 m)，因?yàn)橥鶎?shí)際應(yīng)用中要求網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)離監(jiān)控區(qū)域，所以如此設(shè)定。節(jié)點(diǎn)初始能量為 0．5 J，Eelec=50 nJ/bit，εfs=10 pJ/(bit·m－2)，εamp=0．0013 pJ/(bit·m－4)，數(shù)據(jù)融合EGX=5 nJ/(bit·signal－1)，仿真最大輪數(shù)為 9999 輪。為了便于對(duì)比，消除一些隨機(jī)因素影響，現(xiàn)對(duì)兩個(gè)算法各仿真50次，對(duì)數(shù)據(jù)取統(tǒng)計(jì)平均值。

改進(jìn)的協(xié)議以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間、平衡所有節(jié)點(diǎn)的能量消耗和提高整體網(wǎng)絡(luò)能耗效率為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。定義網(wǎng)絡(luò)開始運(yùn)行到出現(xiàn)指定死亡節(jié)點(diǎn)的輪數(shù)為WSN的生存期。文中對(duì)LEACH協(xié)議和改進(jìn)后協(xié)議的節(jié)點(diǎn)死亡的生命周期進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖3所示。改進(jìn)后協(xié)議的生存期比LEACH協(xié)議的生存期有大幅度提高，初始死亡節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的輪數(shù)大大延遲，網(wǎng)絡(luò)總數(shù)的20%和50%死亡節(jié)點(diǎn)的輪數(shù)也得到了改善，這主要由于降低了一些能耗較大的節(jié)點(diǎn)承擔(dān)簇頭的概率。由于WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布單次生命周期計(jì)算起伏較大，所以圖3中的數(shù)據(jù)是進(jìn)行50次循環(huán)得到的統(tǒng)計(jì)平均值。可以看出改進(jìn)算法大大延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。

圖4是改進(jìn)協(xié)議和LEACH協(xié)議生命周期的另一種比較表達(dá)方式，描述了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)每100輪能量消耗之間的關(guān)系?？梢郧宄闯鰜?lái)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的單位數(shù)據(jù)量通信的能耗降低，主要是由于各簇內(nèi)采用了不同協(xié)議，使得各節(jié)點(diǎn)合理地承擔(dān)了通信能量消耗。圖5描述了各節(jié)點(diǎn)的剩余能耗的方差分布圖，從該圖可以看出來(lái)，節(jié)點(diǎn)的剩余能耗得到了更好的均衡。其中LEACH算法可以看出來(lái)，由于沒(méi)有采用有效均衡機(jī)制，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行到了中期出現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的明顯分化，各節(jié)點(diǎn)之間能量消耗出現(xiàn)較大差別，而算法依然讓個(gè)節(jié)點(diǎn)輪流承擔(dān)簇頭，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量差異一路上揚(yáng)，出現(xiàn)死亡節(jié)點(diǎn)。而改進(jìn)算法考慮到了節(jié)點(diǎn)的差異，能量均衡消耗，大大滯后了第一個(gè)死亡節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)。

圖4 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均剩余能量每百輪消耗曲線圖

圖5 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量方差每百輪消耗曲線圖

在經(jīng)典的LEACH協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇所屬簇首的時(shí)候只是考慮了與簇首的距離，而沒(méi)有考慮簇首的剩余能量情況。這可能導(dǎo)致當(dāng)選簇首的低能量節(jié)點(diǎn)快速死亡，進(jìn)而縮短整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。改進(jìn)算法在簇建立階段，通過(guò)能量比較和尋找替代簇首，均衡了能量消耗。同時(shí)新增的能量比較算法很簡(jiǎn)單，TDMA的計(jì)算分配與LEACH相比基本不增加能量開銷，故整體上增加的延遲與能耗開銷很小。

PEGASIS理論上的性能是非常好的，但是會(huì)帶來(lái)較大的滯后性，特別隨著監(jiān)控區(qū)域的擴(kuò)大，不利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)性滿足，同時(shí)個(gè)別節(jié)點(diǎn)的失效，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的整體失敗。改進(jìn)算法利用PEGASIS比較適合稀疏網(wǎng)絡(luò)的特性，將鏈路策略在局部特殊區(qū)域，不僅有效的降低了能耗，而且保證了必要的實(shí)時(shí)性。從傳輸速度而言，可以很直觀地分析到改進(jìn)算法比PEGASIS協(xié)議較優(yōu)。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)真實(shí)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)分布的不均勻特點(diǎn)，在分析LEACH和PEGASIS優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，把兩者結(jié)合起來(lái)提出了一種改進(jìn)路由協(xié)議。新的協(xié)議在成簇階段加入一個(gè)機(jī)制用來(lái)實(shí)現(xiàn)高能量節(jié)點(diǎn)替代低能量節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首，避免低能量節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡，成簇的路由協(xié)議根據(jù)簇的分散特性采用不同的簇類通信方式;在簇間形成一個(gè)單跳和多跳結(jié)合路由協(xié)議用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)加入一種可靠傳輸?shù)臋C(jī)制。理論分析和仿真結(jié)果一致表明改進(jìn)的算法能有效減少節(jié)點(diǎn)能量消耗，降低節(jié)點(diǎn)死亡速度，有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。

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