劉珺 李宗伯

（國防科學技術(shù)大學湖南長沙410073）

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，一些具備一定計算和聯(lián)絡(luò)作用的傳感器通過彼此的配合協(xié)作而建立起一種叫做無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)WSN ( Wireless SensorNetwork) 。這種網(wǎng)絡(luò)的部署條件比較特別，如郊外、戰(zhàn)役、考試、火災(zāi)現(xiàn)場，一般情況下系統(tǒng)的配置形式是節(jié)點的隨機分布。因為資金以及系統(tǒng)大小等因素的影響對節(jié)點進行的電量補充變得十分困難，所以對于這種類型的 WSN 來說，能耗問題是首要需要考慮的［1］。所以說在使用分簇路由協(xié)議的過程中如果措施合理有效，可以降低聯(lián)絡(luò)總值、通信問題和加快傳播速度，在一定的程度上提高通信效率以及降低能耗，是得各個節(jié)點上的能耗值有所下降，延長裝備的使用壽命［2］。在這里筆者特定的環(huán)境作為研究分析的前提，暫且忽視一些不良因素對聯(lián)絡(luò)通信途徑以及效果的影響。

一、相關(guān)知識點

1、 LEACH 協(xié)議的分簇機制

在所有的分簇路由協(xié)議中，LEACH ［10］是最具代表性的一種，該系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點在收集到所需信息之后傳遞給簇頭，簇頭將其直接轉(zhuǎn)發(fā)到Sink。LEACH主要的工作原理是：在轉(zhuǎn)動的過程中，選擇簇頭節(jié)點，但是不受任何標準規(guī)范的限制，在這個過程中將所有的電能負荷都調(diào)配給全部的節(jié)點，要注意均衡性，這樣做可以有效的降低網(wǎng)絡(luò)使用過程中的能耗量，同時也可延長設(shè)備的使用壽命。在該協(xié)議里面，節(jié)點成為簇頭的概率與節(jié)點數(shù)、簇頭比例和輪數(shù)有關(guān)，而且這些數(shù)據(jù)的形成存在很大的隨意性。在簇頭的選擇過程中一定要想要的一點就是必須最大程度的降低網(wǎng)絡(luò)使用過程中的能耗量，在經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)試驗與推斷之后，最佳的簇頭數(shù)量比值應(yīng)該是6%［10］。傳感器節(jié)點 n隨機生成一個( 0，1)之間的隨機數(shù)，并且與閾值函數(shù) T( n) ：

經(jīng)過對比，其中 P 為簇頭比例，r 為已完成的輪數(shù)，Gr為在最近的 1/P 輪中未沒有被選中的節(jié)點的匯集。要是在選擇粗頭的過程中，任意性低于這個數(shù)值，那么就可以對其進行選定。

2、簇間路由

為了有效的減少外界帶來的影響，在WSN 中，簇內(nèi)與簇間在的聯(lián)絡(luò)頻率這一方面具有很明顯的不同之處［10］。信息資料依靠的幾個簇頭之間相互傳遞，但是信息資料卻無法在相隔離的簇頭以及相隔比較遠的簇頭之間進行傳遞，因為在第二種情況下網(wǎng)絡(luò)能耗會出現(xiàn)大幅度上升的趨勢，但簇內(nèi)節(jié)點不需要充當網(wǎng)關(guān)，EBCRP的內(nèi)容不難。在沒有實線的情況下，選擇下一跳進行中繼實際上是協(xié)調(diào)安排合適的鄰居節(jié)點進行數(shù)據(jù)接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。以具體的能耗量作為參考依據(jù)，沒一個節(jié)點之間的距離最好控制在一定的范圍之內(nèi)。

二、EBCRP 協(xié)議

在具體的操作過程中應(yīng)該以WSN 的主要特征作為參考標準，EBCRP內(nèi)容必須要符合： 區(qū)域自治、冗余數(shù)據(jù)融合、路由時盡量一特定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)資料作為選擇依據(jù)、同時要符合計算簡潔的具體要求。

1、隨距離變化的簇頭概率

所有的粗頭都有中繼作用，離 Sink 越近的簇頭，在網(wǎng)絡(luò)運行的過程中消耗掉的能量就會越多。如果距離 Sink 的越近的地方簇頭的數(shù)量越多，就越能降低中繼過程中產(chǎn)生的總能耗。所以，在經(jīng)驗因子的選擇工作中必須要堅持適度的原則。假設(shè)整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的半徑為 R，d是節(jié)點與 Sink 的距離，采用 exp ［( R － d) / R］、1 － ( R － d) / R、a(R－d)/R( a＞1) 等各種距離 d 的反比例函數(shù)因子進行多次仿真測試，這種類型的測試也應(yīng)該遵循任意性原則，測試結(jié)果顯示，在經(jīng)驗因子為 1． 5(R－d)/R的時候，可得公式為：

2、便于數(shù)據(jù)融合的等待措施

協(xié)議內(nèi)容中明確指出了中繼數(shù)據(jù)的融合，同時有設(shè)置有等待體系，但中繼數(shù)據(jù)的融合組大比值為99%，這就使得EBCRP有了更大的發(fā)展余地; 對簇內(nèi)信息進行調(diào)整，調(diào)整比值設(shè)定為 71%。離Sink 有一定距離的簇頭在延長時間上顯得有些太長，距 Sink 較近的簇頭等待時間較長，以便中繼簇頭對更多的簇間數(shù)據(jù)進行融合。本文的仿真條件下，EBCRP 具體使用時間 T 的大小可以用下面得式子來表示：

在這個公式中， d 表示節(jié)點與Sink 之間的遠近，時間單位為 s。10 和100 在這里表示的是調(diào)節(jié)的功效，可以取其他值。根據(jù)客觀的網(wǎng)絡(luò)使用狀況及需求，可以對延長時間的數(shù)值進行套正。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境來調(diào)整延長時間的長短。

3、對距離、角度的路由進行科學的判斷

在簇內(nèi)，EBCRP 協(xié)議采用與 LEACH 協(xié)議相同的節(jié)點單跳傳輸數(shù)據(jù)至簇頭的路由方式。在進行簇間路由選擇的時候，最好選擇間距合理而且節(jié)點小的類型。所以，可以利用

的總值來對中繼簇頭進行衡量，其中 a 是夾角，R 是半徑的代表，d 表示節(jié)點與 Sink 之間的間距。

結(jié)語：

筆者在文中對能耗均衡的分簇路由協(xié)議 EB-CRP進行了描述。該種類型的路由協(xié)議可以再很大的程度上提高 WSN 的服務(wù)質(zhì)量，同時它還具有計算簡單等一系列的優(yōu)點，適合普遍推廣使用。

【參考文獻】

[1]張瑤. 一種面向能耗均衡的WSN分簇路由算法的研究[D].湖南工業(yè)大學,2012.

[2]朱勇剛. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略的研究[D].南京理工大學,2012.

[3]李建洲,王海濤,陶安. 一種能耗均衡的WSN分簇路由協(xié)議[J]. 傳感技術(shù)學報,2013,03:396-401.

[4]張霞. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議若干關(guān)鍵問題研究[D].解放軍信息工程大學,2009.

[5]李洪兵. 基于蟻群算法的WSN路由算法研究[D].重慶理工大學,2011.

[6]馮江,吳春春. 基于能耗均衡的WSN多跳分簇路由算法[J]. 計算機工程,2012,16:104-107.