能量均衡的无线传感器网络路由算法的研究

许弘

【摘要】 无线传感器网络技术结合嵌入式计算机技术、传感器技术、无线通信技术以及分布式信息技术，监测区域中传感器节点构成网络，网络单个节点能量有限、但是存在庞大的节点数量，所以，对节点能量进行合理应用，可以提升网络周期，是未来发展无线传感器网络路由的基本目的。本文集中阐述了能量均衡的无线传感器网络路由算法。

【关键词】 能量均衡 无线传感器 网络路由 算法

一、无线传感器网络基本概述

无线传感器网络基本上都是监测范围中利用很多微型廉价传感器节点来构成网络，利用无线通信技术来形成自组织网络系统，主要就是对覆盖范围中的信息进行采集、感知以及处理，利用无线方式为基地站输送信息，以便于为操作人员提供方便，从而能够在监测范围内部署随机传感器节点，人工埋置、飞行器撒播等方式来体现传感器无线通信、感知信号以及处理信号的能力，不只是数据发起人员，也是自组织网络者，利用多跳方式处理数据包，依据卫星、移动网络等多种形式来联络网关，组中大规模应用数据管理节点，以便于能够及时收集和监测数据信息。应用无线传感器网络的场合取决于传感器网络综合性能，以此需要综合分析传感器网络鲁棒性、能源有效性、可扩展性、时间延迟型等[1]。第一，选择网络拓扑控制算法。从无线传感器角度进行分析，控制网络拓扑具备很大的作用，可以在一定程度上提升路由协议效率，为数据提供时间同步和融合时间的依据，能够有效提升网络使用期限，在符合网络连通度和覆盖度的基础上，选择合理的网络，其中合理应用骨干网节点和功率控制，除去网络中不合理的通信链路，以便于形成高效传输数据的拓扑结构，主要包括两方面内容为层次型拓扑结构和节点功率控制拓扑结构。第二，网络协议。传感器节点具备比较有效的能量，尽可能提高网络期限，降低能量消耗，是设计网络结构的关键，传感器具备比较薄弱的通信能力和存储能力，以至于不能过于复杂的设计网络协议。现阶段，重点分析数据链路层协议、网络层协议、路由协议来对传输监测信息路径进行控制，以便于构建基础结构。第三，数据融合技术。这种技术虽然能够提升信息准确度和节约能量，但实际应用的时候要牺牲其他性能，传输数据的时候，需要方便融合数据的路由，并且结合数据融合技术，来提升网络平均延迟[2]。

二、能量均衡的无线传感器网络路由算法

1、IGPSR-1算法向前区域。IGPSR-1算法实际上就是距离sink比较近的位置来承担数据转发和接受的工作，十分容易好近能量，以至于出现大面空洞路由的现象，导致降低网络性能和缩短生命周期，为了能够解决问题，利用sink动态节点来传输数据。

2、IGPSR-2算法向前区域。IGPSR-2算法就是在 IGPSR-1前向区域中对能量进行分析，能够对网络节点中消耗能量的情况进行均衡，在所有子区域中计算转发节点概率，前向子区域选择概率一般低于选择概率[3]。

3、节点概率传输机制。无线传感器网络中一般都会出现比较多冗余节点，转发节点中如果出现数据随机发送的情况，容易导致网络节点浪费能量、隐藏终端或者爆炸等问题，实际应用中如果能够控制前向子区域中选择节点的概率，此时能够可以一定程度上避免上述问题。现阶段，不少路由算法开始充分分析节点选择概率，但是一般都是智能分析局部影响，怎样利用预先计算的方式来对概率值进行计算，并且随机对比前向区域函数，从而转发数据，通过相邻节点和sink之间距离以及剩余节点能量函数来为转发节点提供依据，同时能够获得满足实际情况的节点能量值。

4、算法和分析。衡量算法好坏的关键就是时间复杂度，利用IGPSR-1算法和IGPSR-2算法进行分析，两者方式具备类似的复杂度，时间执行角度进行分析，两种算法主要包括三部分，转发路径中节点计算传输概率时间、前向子区域能量平均时间以及周边转发时间。

5、仿真实验。1设置参数和构建仿真环境。对IGPSR-1算法和IGPSR-2算法进行性能评估，对比分析经典和现代化算法协议，利用NetTopo仿真平台，基于500×500m拓扑结构，在其中随机分布500～1000个点，拥有50m的传输半径，所有节点基本5～10J初始能量，存在3000bit数据包。实际操作中所有仿真实验都利用两种IGPSR算法来进行操作，其中多次验证六种结构，结果取平均值。2分析仿真结果。从运行网络到第一节能量节点的生命周期为网络寿命，实验过程中从网络给出数据包的基本数量来对寿命进行分析，在规定期限内出现越多的数据包，表明具备更长的寿命。无线传感器网络性能取决于网络寿命，相比较IGPSR算法来说，IGPSR-1算法和IGPSR-2算法拥有比较高周期，并且IGPSR-2算法明显优于IGPSR-1算法。

结束语：综上，网络结构在节点剩余能量中存在一定差别，现阶段划分需要转发数据包节点，形成前向转发区域，在转发区域中利用概率选择机制对下一跳节点进行合理选择，保障能够均衡能量消耗以及快速收敛的路由算法，以便于能够增加使用网络的周期。

参 考 文 献

[1] 张伟龙，郭成芳.基于能量均衡的无线传感器网络路由算法[J].激光杂志，2014（12）：96-98，102.

[2] 吴三斌，柳强，李成博等.基于能量均衡的无线传感器网络路由算法[J].计算机应用研究，2012，29（4）：1465-1469，1482.

[3] 滕志军，张帆，宋明辉等.无线传感器网络能量均衡蚁群路由算法[J].吉林大学学报（工学版），2016，46（1）：327-332.