能量高效的wsn分簇路由协议研究

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1、能量高效的WSN分簇路由协议研究摘要:传统分簇路由协议存在簇首节点的能耗分布不均匀，簇首节点与基站之间数据传输未采用最短路径传送，数据传输效率低使得网络能耗较高及网络生存期短问题。针对这些问题提岀一种基于剩余能量和簇首最佳距离的分布式分簇路由算法EDACO由基站根据剩余能量选择候选簇头，被选择簇头之间的距离要求在最佳簇首分布距离内，利用蚁群优化算法在各簇头之间找到一条最短路径多跳传输数据。Matlab仿真结果表明，EDAC协议比LEACH协议在网络生存期上延长了20%。关键词：无线传感器网络；剩余能量；最佳簇首分布；蚁群算法Abstract:Traditionalcluster-basedr

2、outingprotocolsdonotperformsowellinnetworkenergyconsumptionandlifetimewhenthenetworkislarge,becauseenergyconsumptionamongcluster-headsarenotuniformztheroutebetweenBSandcluster-headsmaybenottheshortest,thelowdatatransmissionefficiency.Tosolvetheseproblems,basedonresidualenergyandthebestdistanceofthe

3、clusterheadproposedadistributedclusteringroutingprotocolsEDAC.Thebasestationselectsacandidateclusterheadbasedontheresidualenergy,tobeselectedclusterheadshouldwithinthebestclusterheaddistributionoptimumdistanee,usingACalgorithmfindtheshortestpathbetweeneachclusterheadsothatmultihoptransmissiondata・T

4、hesimulationwithMATLABshowsthattheEDACoutperformsLEACHnearly20%inthenetworklifetime.Keywords:WSNs;ResidualEnergy;BestClusterHeadDistribution;AC1引言无线传感器网络WSNs[l](WirelessSensorNetworks)是数目较大且具有计算能力和处理能力小型传感器节点通过有限的能量供应进行数据采集的自组织网络。在有限的能量供应下，传感器节点将采集的感知数据通过某种协议传送至基站，在这一过程中能量的有效利用是延长无线传感器网络生存时间的关键。学者们

5、针对WSNs中能量有效利用问题提出了很多新颖的想法,其中分簇思想由于在实际应用中得到了良好的效果从而弓I起了学者彳门的广泛关注。LEACH(Lowenergyadaptiveclusteringhierarchy)[2]协议采取随机性的选择簇头把能量的消耗分布在无线传感器网络内的所有节点上。HEED[3](Hybridenergyefficientdistributedclustering)是基于混合能量和通信代价的特定概率公式选择簇头，剩余能量较高和低通信代价的节点才可以当选簇头,但是该协议不保证最优的簇头数和网络连通性.通过对以上文献总结得出，已经存在的算法都存在簇首分布不合理，簇间通信

6、耗能较高，分簇不均匀等问题。本文充分考虑了以上各算法的不足之处，主要针对各算法中簇头分布不均匀，簇间数据传输能耗较大的问题，提出一种综合节点剩余能量又考虑簇头分布、簇内单跳簇间多跳分簇路由协议。2网络模型和问题描述本文采用的无线电能耗模型，发送端的能量主要消耗在无线电发送元件和功率放大器，接收端的能量主要消耗在无线电发送元件，实验采用自由空间(功耗损失)多径衰减(功耗损失)信道模型，主要与发送端和接收端之间的距离有关。传感器节点发送l-bit数据耗能:(1)传感器节点接受l-bit数据耗能：(2)上式中,是发射电路元件功耗,为接收电路功耗，取决于数字编码,过滤和信号扩散方式。I是传送的数据包

7、的大小，d发送端和接收端之间的距离，和为放大器功耗，取决于接收者的距离和误码率。，为距离门限，根据数据发送者和接受者之间的距离，选择自由空间信道模型或者多径衰减信道模型。3改进协议设计改进协议充分考虑了节点的剩余能量与LEACH协议一致本文也才用〃轮〃的概念。协议的没轮分簇的建立和稳定数据传输两阶段。在簇建立过程中，我们首先由基站指定簇头，由于初始能量相同，在以后的轮中我们根据节点的剩余能量选择候选簇头，候选