[精品]能量感知路由协议的改进算法.doc

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1、能量感知路由协议的改进算法修龙亭、李光、梁晓计算机学院摘要：木文主要探讨了无线传感器网络屮路山协议的设计，对无线传感器网络屮的能量感知路山协议进行了分析研究，讨论了其优点以及不足，提出了带有能量门限的感知路山协议。在该协议中，汇聚节点通过对邻居节点能量情况的探测生成能量门限，通过广播路径建立消息，利用能最门限和最少跳数方法生成路山树，并通过周期性的广播來进行路径的维护。关键字：无线传感器网络路山协议汇聚节点1、能量路由能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，它根据节点的可用能量或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路

2、径，节点的可用能量就是节点的当前剩余能量。能量路由算法示意图如下：A(PA=2)a2=lB(PA=2)a8=2C(PA=2)E(PA=2)a6=2F(PA=4)能量路由策略主要有以下儿种:（1）最大PA路由：从数据源到汇聚节点的所有路径屮选取节点PA之和最大的路径。在上图屮选择路径：源节点-F-E-汇聚节点。（2）最小能量消耗路由：从数据源到汇聚节点的所有路径屮选取节点耗能之和最少的路径。（3）最少跳数路由：选取冲数据源到汇聚节点的所有路径屮跳数最少的路径。（4）最大最小PA节点路由：每条路径上有多个节点，且节点的可用能

3、量（PA）不同，从屮选取每条路径屮可用能量最小的节点表示这条路径的可用能量。最大最小PA节点路由策略就是选择路径可用能量最大的路径。上述能量路由算法需要节点知道整个网络的全局信息。由于传感器网络存在资源约束，节点只能获取局部信息，因此能量路由算法只是理想情况下的路由策略。其屮的最少跳数路由是比较容易实现的路由策略。最少跳数路由的优点显而易见，它构建路由的过程迅速，数据传输过程屮能量消耗小，然而它的缺陷是数据传送往往走单一路径，容易使路径上的节点能量耗尽，当大部分节点还处在活动状态时，个别关键节点能量耗尽，从而影响网络的连

4、通性，限制了整个网络的牛存期。特别是初始状态吋，加入各个节点的初始能量随机分布，该算法没有考虑到对初始能量较低节点的保护，从而加大了某些关键位置节点能量耗尽的可能。2、能量多路径路由能量多路径路协议包括路径建立，数据传播，路由维护三个过程。路径建立过程是该协议的重点内容。每个节点需要知道到达汇聚节点的所有下一跳节点，并计算选择每个下一跳节点传输数据的概率。概率的选择是根据节点到汇聚节点的通信代价来计算的。因为每个节点到达汇聚节点的路径很多，所以这个代价值是各路径的加权平均值。能量多路径路由的主要过程描述如下：(1)汇聚节

5、点向邻居节点广播路径建立消息，路径建立消息中包含一个代价域，表示发出该消息的节点到汇聚节点的代价，初始值设为0；(2)当节点收到邻居节点转发的路径建立消息时，相对发送该消息的邻居节点，只有出距离源节点更近，距离汇聚节点更远才转发该消息，否则丢弃。(3)如果节点决定转发路径建立消息，需要重新计算代价值来替换原来的代价值。半路径建立消息从节点Ni发送到节点Nj时，该路径的通信代价为节点Ni的代价加上这两个节点的通信消耗，具体如公式所示：Cg.=CostGV,.)+Metric(/Vj,",)其中,CnaNi表示节点叫到达汇聚

6、节点的代价,其中Metric(Nj,Ni)表示节点Nj到节点Ni的通信能量消耗，计算公式如下：Metric(耳，他)二处代这里eij表示Nj和节点Ni直接通信的能量消耗,Ri表示节点Nj的剩余能量。(4)节点要放弃代价太大的路径，节点Nj将节点Ni加入本地路由表FTj'

7、«的条件如公式所示：FT,={£I5讣Wa(min)}(5)节点将为路由表屮的每个下一跳节点计算选择概率，该概率与下一跳节点的代价成反比。计算下一跳节点选择概率公式如下：PNj，叫：1/C与他蠹/如(1)节点根据路由表屮没想的代价和转发概率，计算出该节点

8、到达汇聚节点的代价Cost(Nj)oCost(Nj)定义为经过路由表中节点到达汇聚节点代价的平均值，计算公式如下：C0StC/Vy)节点Nj将用Cost(Nj)值替换消息屮原有的代价值，然后向邻居节点广播该路由建立消息。在数据传输阶段，对于接收的每个分组，节点根据概率从多个下一跳节点屮选择一个节点转发数据。路由的维护是通过周期的从汇聚节点到源节点实施洪泛查询来维持所支持的路径活动性。该算法的优点是均衡了各节点的能量消耗，从而使整个网络的能量平稳降级，最大限度的延长网络牛存期。但是它也有一定的缺陷，路径建立过程要比能量路由

9、的代价人，因为每个节点可能要多次广播路径建立消息，而且转发数据时为了使整个网络能平稳降级，走的路径经常不是最节省能量的路径。虽然使用了概率来减少某些节点能量耗尽的可能，但是对于那些低能量节点仍然要承担少部分的数据转发任务，从而加重了这些节点的负担，增大了低能量节点能量耗尽的可能。能量多路径路由对能量路由做了一定的改进