【摘 要】目前在我國(guó)節(jié)能是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要特征，所以，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)是高效地利用能量。對(duì)目前典型的分簇路由算法和協(xié)議進(jìn)行比較，主要從簇的形成、簇頭的產(chǎn)生、簇的路由三個(gè)階段展開。并進(jìn)一步提出WSN路由協(xié)議對(duì)以后的發(fā)展趨勢(shì)以及研究策略。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò) 路由分析 簇

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、環(huán)境、醫(yī)療、家庭和其它商用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和很高的使用價(jià)值。WSN和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有所不同，為了保證WSN功能的正常實(shí)施，必須設(shè)計(jì)適合WSN特點(diǎn)的路由協(xié)議。

一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及簡(jiǎn)介

目前我們根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在路由過(guò)程中，是否有差異，是否有一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議可以分為平面路由和集群路由。在平面路由、邏輯視圖是一個(gè)平面結(jié)構(gòu)，通過(guò)本地操作和信息反饋來(lái)生成路由。比較常見的平面路由算法有Gossiping和DD還有SAR等多方面。而平面路由比較大的缺是：網(wǎng)絡(luò)中無(wú)管理節(jié)點(diǎn)，及乏對(duì)通信資源的優(yōu)化管理等等。

我們?cè)诜执芈酚蓞f(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)通常被劃分為簇（cluster）（如上圖所示）。典型的分簇路由協(xié)議有LEACH、TTDD、DAEA、LACHS、EEUC、EADEEG、EECS、ACE、IMPRIVED LEACH、EEHCRP等等，分簇式路由在拓?fù)涔芾砗凸?jié)能還有平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，分簇路由協(xié)議與分析

簇頭的產(chǎn)生與簇的形成，簇的路由是WSN分簇路由協(xié)議設(shè)計(jì)的主要關(guān)鍵技術(shù)，也正是WSN分簇路由算法，每輪循環(huán)必須經(jīng)過(guò)的三個(gè)階段，彼此之間緊密相關(guān)。本文也是圍繞這三個(gè)階段，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出的優(yōu)秀的算法和協(xié)議進(jìn)行的討論。

（一）簇頭的產(chǎn)生

分簇路由算法的第一步，首先是考慮簇頭。集群選擇算法目前，總的原則是基于以下幾點(diǎn)：一方面，一些殘余能量。第二個(gè)是，距離基站。第三，分布的位置。第四，溝通成本。

1.LEACH

LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarehy）協(xié)議，是最早提出的分簇路由算法，LEACH簇頭的產(chǎn)生，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，所需要的簇頭節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，目前，為止每個(gè)節(jié)點(diǎn)已成為簇頭的次數(shù)來(lái)決定。操作的具體方法是：每個(gè)傳感器，節(jié)點(diǎn)選擇[0，1]之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，如果，選定的值小于某個(gè)閾值T（n）時(shí)，那么，這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭，T（n）由式1得到。

其次，N表示，網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，k為一個(gè)，網(wǎng)絡(luò)中的簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)，r為已完成的回合數(shù)據(jù)，G為網(wǎng)絡(luò)生存期總的回合數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性好，但是，使用隨機(jī)選擇簇頭的方法，使得簇內(nèi)成員的多少差距較大，對(duì)應(yīng)的簇頭能量消耗也不均勻，最終節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡。

2. EEUC

為了解決“熱區(qū)”問(wèn)題，文獻(xiàn)[2]提出了EEUC（Energy-Efficient Uneven Clustering， EEUC）的WSN分簇路由算法，本算法在選擇簇頭時(shí)主要以節(jié)點(diǎn)的剩余能量為依據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1） 候選簇頭按照式（2）計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域半徑Rtch

最后，dtosmax，表示節(jié)點(diǎn)到SINK的最大距離，dtosmin，表示節(jié)點(diǎn)到SINK的最小距離。d（si，SINK）表示，節(jié)點(diǎn)si到SINK的距離。我們從上式可以看出，競(jìng)爭(zhēng)半徑與節(jié)點(diǎn)到SINK的距離呈線性遞減關(guān)系。為候選簇頭競(jìng)爭(zhēng)半徑的最大取值。

三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議比較

到目前為止，已經(jīng)有許多圍繞簇頭的產(chǎn)生，簇的形成和簇路由算法的設(shè)計(jì)。由于，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用高度相關(guān)，所以，多樣性也有路由協(xié)議的特點(diǎn)，這是更難告訴哪些特定協(xié)議是優(yōu)越的。因此，我們?cè)谏厦娴母鞣N算法，從多個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)綜合對(duì)比。

四、結(jié)論

以上幾個(gè)方面我們能夠看出能夠從以下幾方面對(duì)WSN分簇路由協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化。

（一）從簇頭選擇的過(guò)程之中

使用更有效、更準(zhǔn)確的簇頭負(fù)載均衡算法與簇頭選擇算法。選擇簇頭的時(shí)候，要兼顧節(jié)點(diǎn)的地理位置和節(jié)點(diǎn)到SINK的距離等方面的一些因素，還要考慮節(jié)點(diǎn)余下的能量。

（二）在簇的形成過(guò)程當(dāng)中

限定簇的規(guī)模我們可以添加一些限制參數(shù)或是能夠運(yùn)用其它的一些算法，簇間負(fù)載就得得到有效的均衡。

（三）在數(shù)據(jù)的運(yùn)行傳輸方面

分簇路由算法中，數(shù)據(jù)傳輸可以分為簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸以及簇間數(shù)據(jù)傳輸兩級(jí)。在這兩個(gè)階段中，均可采用單跳或、多跳相結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸方式，一般地，在簇內(nèi)采用單跳數(shù)據(jù)傳輸方式，在簇間采用多跳數(shù)據(jù)傳輸方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]Akyildiz IF，Su W，Sankarasubramaniam Y，Cayirci E.A survey on sensor networks[J].IEEE Communications Magazine，2002，40（8）：102-114.

[2]LI C F， CHEN G H， YE M， et al. An uneven cluster-based routing protocol for wireless sensor networks[J]. Chinese Journal of Computer， 2007， 30（1）： 27-36.