浅析基于能耗均衡的 WS N 分簇路由协议

刘珺 李宗伯

（国防科学技术大学湖南长沙410073）

在互联网发展中，一些具备一定计算和联络作用的传感器通过彼此的配合协作而建立起一种叫做无线传感器的网络WSN ( Wireless SensorNetwork) 。这种网络的部署条件比较特别，如郊外、战役、考试、火灾现场，一般情况下系统的配置形式是节点的随机分布。因为资金以及系统大小等因素的影响对节点进行的电量补充变得十分困难，所以对于这种类型的 WSN 来说，能耗问题是首要需要考虑的［1］。所以说在使用分簇路由协议的过程中如果措施合理有效，可以降低联络总值、通信问题和加快传播速度，在一定的程度上提高通信效率以及降低能耗，是得各个节点上的能耗值有所下降，延长装备的使用寿命［2］。在这里笔者特定的环境作为研究分析的前提，暂且忽视一些不良因素对联络通信途径以及效果的影响。

一、相关知识点

1、 LEACH 协议的分簇机制

在所有的分簇路由协议中，LEACH ［10］是最具代表性的一种，该系统内部节点在收集到所需信息之后传递给簇头，簇头将其直接转发到Sink。LEACH主要的工作原理是：在转动的过程中，选择簇头节点，但是不受任何标准规范的限制，在这个过程中将所有的电能负荷都调配给全部的节点，要注意均衡性，这样做可以有效的降低网络使用过程中的能耗量，同时也可延长设备的使用寿命。在该协议里面，节点成为簇头的概率与节点数、簇头比例和轮数有关，而且这些数据的形成存在很大的随意性。在簇头的选择过程中一定要想要的一点就是必须最大程度的降低网络使用过程中的能耗量，在经过一系列的数据试验与推断之后，最佳的簇头数量比值应该是6%［10］。传感器节点 n随机生成一个( 0，1)之间的随机数，并且与阈值函数 T( n) ：

经过对比，其中 P 为簇头比例，r 为已完成的轮数，Gr为在最近的 1/P 轮中未没有被选中的节点的汇集。要是在选择粗头的过程中，任意性低于这个数值，那么就可以对其进行选定。

2、簇间路由

为了有效的减少外界带来的影响，在WSN 中，簇内与簇间在的联络频率这一方面具有很明显的不同之处［10］。信息资料依靠的几个簇头之间相互传递，但是信息资料却无法在相隔离的簇头以及相隔比较远的簇头之间进行传递，因为在第二种情况下网络能耗会出现大幅度上升的趋势，但簇内节点不需要充当网关，EBCRP的内容不难。在没有实线的情况下，选择下一跳进行中继实际上是协调安排合适的邻居节点进行数据接收、处理和转发。以具体的能耗量作为参考依据，没一个节点之间的距离最好控制在一定的范围之内。

二、EBCRP 协议

在具体的操作过程中应该以WSN 的主要特征作为参考标准，EBCRP内容必须要符合： 区域自治、冗余数据融合、路由时尽量一特定范围内的数据资料作为选择依据、同时要符合计算简洁的具体要求。

1、随距离变化的簇头概率

所有的粗头都有中继作用，离 Sink 越近的簇头，在网络运行的过程中消耗掉的能量就会越多。如果距离 Sink 的越近的地方簇头的数量越多，就越能降低中继过程中产生的总能耗。所以，在经验因子的选择工作中必须要坚持适度的原则。假设整个网络区域的半径为 R，d是节点与 Sink 的距离，采用 exp ［( R － d) / R］、1 － ( R － d) / R、a(R－d)/R( a＞1) 等各种距离 d 的反比例函数因子进行多次仿真测试，这种类型的测试也应该遵循任意性原则，测试结果显示，在经验因子为 1． 5(R－d)/R的时候，可得公式为：

2、便于数据融合的等待措施

协议内容中明确指出了中继数据的融合，同时有设置有等待体系，但中继数据的融合组大比值为99%，这就使得EBCRP有了更大的发展余地; 对簇内信息进行调整，调整比值设定为 71%。离Sink 有一定距离的簇头在延长时间上显得有些太长，距 Sink 较近的簇头等待时间较长，以便中继簇头对更多的簇间数据进行融合。本文的仿真条件下，EBCRP 具体使用时间 T 的大小可以用下面得式子来表示：

在这个公式中， d 表示节点与Sink 之间的远近，时间单位为 s。10 和100 在这里表示的是调节的功效，可以取其他值。根据客观的网络使用状况及需求，可以对延长时间的数值进行套正。根据网络使用环境来调整延长时间的长短。

3、对距离、角度的路由进行科学的判断

在簇内，EBCRP 协议采用与 LEACH 协议相同的节点单跳传输数据至簇头的路由方式。在进行簇间路由选择的时候，最好选择间距合理而且节点小的类型。所以，可以利用

的总值来对中继簇头进行衡量，其中 a 是夹角，R 是半径的代表，d 表示节点与 Sink 之间的间距。

结语：

笔者在文中对能耗均衡的分簇路由协议 EB-CRP进行了描述。该种类型的路由协议可以再很大的程度上提高 WSN 的服务质量，同时它还具有计算简单等一系列的优点，适合普遍推广使用。

【参考文献】

[1]张瑶. 一种面向能耗均衡的WSN分簇路由算法的研究[D].湖南工业大学,2012.

[2]朱勇刚. 无线传感器网络节能策略的研究[D].南京理工大学,2012.

[3]李建洲,王海涛,陶安. 一种能耗均衡的WSN分簇路由协议[J]. 传感技术学报,2013,03:396-401.

[4]张霞. 无线传感器网络路由协议若干关键问题研究[D].解放军信息工程大学,2009.

[5]李洪兵. 基于蚁群算法的WSN路由算法研究[D].重庆理工大学,2011.

[6]冯江,吴春春. 基于能耗均衡的WSN多跳分簇路由算法[J]. 计算机工程,2012,16:104-107.