基于分簇无线传感器网络的路由算法研究
无线传感器网络中基于分簇的能耗优化算法研究

无线传感器网络中基于分簇的能耗优化算法研究无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是一种由许多分布式,具有感知、处理和通信能力的传感器节点组成的智能传感系统。
传感器节点通过无线通信进行信息交换和协作,并将采集到的信息传递给应用系统或用户。
由于传感器节点部署环境通常是固定的,而且大多数情况下传感器节点所需的能源来源是有限的,因此如何减少无线传感器网络的能耗成为无线传感网络研究的一个重要问题。
分簇技术是解决无线传感器网络能耗问题的一种有效手段之一,该技术将传感器节点按照一定的规则分成多个簇,将簇头选举出来,并通过簇头对传感器节点进行协调和管理,这样可以达到减少能耗、延长网络寿命的效果。
目前,基于分簇的能耗优化算法是无线传感器网络能耗优化研究的重点方向之一。
无线传感器网络中基于分簇的能耗优化算法研究从以下几个方面进行探究:1.簇头选举算法研究簇头选举算法是分簇技术中的核心问题,如何选取具有较好的能力和生存能力的节点作为簇头,对于提高整个网络的能量效率至关重要。
目前,常用的簇头选举算法有轮流选簇、基于能量阀值的选簇、基于节点距离和能量等级的选簇、基于负载均衡的选簇等方法。
不同的选簇算法,适用于不同的网络场景,选择合适的选簇算法对于改善无线传感器网络的能源消耗有着非常重要的作用。
2.簇形成算法研究簇形成算法是指按照一定的原则把传感器节点分成若干个簇的算法。
目前,K-Means 算法和 LEACH 算法是最为典型的簇形成算法。
K-Means 算法在线聚类算法,算法计算复杂度较低,在分簇效果上也比较优秀。
在该算法下,传感器节点通过协作完成数据采集和处理的任务,并将数据传输给簇中的簇头节点,簇头节点负责数据的集中存储和处理。
该算法的缺点是不适合大规模无线传感器网络,且对物理环境要求较高。
LEACH 算法是一种基于概率型轮询策略的簇形成算法,LEACH 算法中每个节点节点有相等的概率成为簇头,有效降低了能量损失,且具有良好的网络负载均衡性。
无线传感器网络基于能量和距离的分簇路由算法研究

足 . 对其 不足 提 出一 种 基 于 能 量 和 距 离的 分 簇 路 由算 法 算 法根 据 通 信 过 程 中 的 能 量损 针 耗 重 新 计 算 了最 优 分 簇 数 。 首 的 选 择 充 分 考 虑 节 点 剩余 能量 , 簇 同时 , 首 问根 据 通 信 距 离 簇 的 长 短 采 用 基 于 阈值 的单 跳 与 多跳 相 结合 的 通信 方 式 最后 在 NS 2平 台上 进 行 仿 真 仿 真 结 果 表 明 , L ah算 法 相 比 , 与 ec 改进 算 法 综 合 考 虑 了 能 量 和 距 离 因素 , 有 效 地 均 衡 节 点 能 能
★基 金 项 目 : 西 省 自然科 学 基金 资 助 项 目( . 3 1 1 、 林 师 范 学 院青 年 科 研 项 目( . 1 Y QN2 ) 广 No0 2 0 ) 玉 8 No2 0 J o 7
收 稿 日期 : 0 2 7 2 2 1 —0 — 4 修 稿 日 期 :0 2 8 1 2 1 —0 —0
节 点 的 剩 余 能 量 .同 时 .簇 首 节 点 直 接 向基 站 传 输 数 据 . 致 簇 首 节 点 能 量 消 耗 不 均 衡 . 而不 能 有 效 延 长 导 从 网络 生命 周 期 。针 对 Lah协 议 存 在 的 问题 和不 足 . ec 本 文做 出 了改 进 .综 合 考 虑节 点 剩余 能 量 和 簇 首 通 信 距 离 因 素 .提 出一 种 基 于 能 量 和 距 离 的高 效 分簇 路 由算
法 . 真结果 表明 , 仿 改进算 法 比 L ah算法更 能均衡节 ec
点 能 耗 . 效 利用 节 点 能量 , 长 网 络 的 寿命 。 有 延
1 L a h算 法及 其存 在 的 问题 ec
基于BWAS的无线传感器网络静态分簇路由算法

选举簇 头 , 在簇 头节 点 间运 用 B S算 法搜 寻从 簇 头节 点到 汇 聚 节点 的 多跳 最优路 径 , WA 能减 少路 径
寻优能量消耗 , 实现均衡能量管理, 延长网络寿命, 且具有较强的鲁棒性。通过与基于 B A 的动态 W S 分簇和基于蚁群算法的动态分簇路 由的仿真实验相比较 , 实了本算法的有效性 。 证
Ab ta t I r e rv ee ce c f a ac ig a d a od t emoe e eg o s mp i y a c s r c :n o d r oi o et f in yo t s r h n v i r n r c n u t n i d n mi t mp h i ph e n h y o n
关键词 : 线传感 器 网络 ; 由协 议 ;WA 无 路 B S算法 ; 态分簇 静
中图分 类号 : P 9 ; P 1 T 3 3 T 22 文 献标识 码 : A d ii .99 ji n 10 — 9 x2 1 .40 1 o:0 3 6/ . s .0 1 8 3 .0 00 .2 s
e au t gt e b s a d wo ta t d r g t e p t e r hn rc s .A e u ti h s s e d d u e p t vl ai t n h e r s u n h s a c ig p o e s s a rs l t a p e e p t h n s n i h a h a sa c ig d e t t d cn erw r e r hn u i r u i gt ad—p n s me t c a i t u d es ac .T ru h t es t ls r o no h e ui h n h s og iet e r h h o g t i cu t - me n m h h ac e
无线传感器网络中基于HEED的多层分簇路由算法

HE D路 由算 法 的基 础 上 , 合 多 层 分 簇 的思 想 , 过在 网 络 拓 扑 的 底 层 构 建 多 个 簇 头 节点 的簇 集 合 、 拓 扑 E 整 通 在 的顶 层 构 建 多跳 转 发 机 制 , 出基 于 HE D 的 多层 分 簇 路 由算 法 . 验 表 明 . 算 法 在 簇 头 节 点 分 布 和 1 a 0 1
文 章 编 号 : l 7 — 9 x( 0 ) l0 7 -5 6 26 1 z u O 一0 80
无 线传 感 器 网络 中基 于 H E 的 多层 分 簇路 由算 法 E D
王 秀花 , 国 荣 张
( 北 师 范大 学 数 学 与 信 息 科 学学 院 , 肃 兰 州 7 0 7 ) 西 甘 3 0 0 摘 要 : 于 HE D 算 法 中簇 首 与 基 站 通 信 能 量 消 耗 过 大 的 问 题 , 出 了 一 种 新 的成 簇 路 由 算 法 . 参 考 基 E 提 在
存 时 同方 面 较 已有 的算 法 有 较 大 的提 高. 关 键 词 :无 线 传感 器 网络 ; 多分 层 分 簇 ; 能量 有 效 ; 网络 生 存 时 问 ; 点 分 布 节
中 图分 类号 : 3 3 TP 9 文献 标 识 码 :A
O 引 言
随着微 电子技 术 、 算 机技 术 和 无线 通 信 等 计 技术 的不断进 步 , 由部署 大 量低 成 本 且 能量 受 限
h a) ed 和簇成 员 ( lse mb r . 首 作 为所 在 c trme e) 簇 u 簇 的控制 中心 , 负责簇 结构 的形 成 、 内成员 数据 簇 的收集 , 融合 所 得数 据后 发 送 给其 他 簇 首或 者 并
直 接发送 给数据 汇聚点 ( 一般 为基站 ) . L AC 算 法 是较 早在元 线传 感 器 网络 中 E H 提 出层 次路 由协 议 的 , 为其 它 分层 协 议奠 定 了基
基于LEACH路由的分簇算法研究

• 73•作为无线传感器网络的重要技术,WSN 路由协议是学术研究的热门话题。
LEACH 协议作为典型的的分簇算法它有很多的优点,但也有不足之处。
本文首先分析了原始的LEACH 算法。
缺点是没有考虑节点的剩余能量和位置。
在本文中,改进了缺陷,并将剩余的能量添加到考虑标准中,并且还增加了簇头之间的距离以避免形成热区域和簇头分布太密集。
通过Matlab 仿真,验证了改进的LEACH 算法可以使簇头分布更均匀,更能节省能耗,提高了网络生命周期。
1 LEACH协议LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy )全称是“低能耗自适应分簇型路由算法”,它是一种基于LEACH 协议的算法,因此被称作LEACH 算法,它作为层次型分簇路由算法,是无线传感器中很典型的代表(柳丽娜,无线传感器网络中LEACH 算法的研究和改进:吉林大学,2012)。
第一步,节点的初始化;第二步,选出网络中的簇头节点;第三步,正常部分成为簇头之后的初始化(基站的初始化,公共传感器节点的能量等),属于网络的建立阶段,并且选择簇头是在随机过程中生成的。
然后网络稳定来进行数据传输。
这属于一个循环,然后来回循环直到能量耗尽。
其中在选择簇头的过程中,首先会产生0到1的随机数值,如果产生的此数值比T(n)大,那么该节点就被选为簇首,T(n)就作为能否当选为簇头的标准。
T(n)的表达式为:(1)其中:P 是选举的簇头比例;r 是此时正在进行的轮数;G 是此时还没当选簇头的节点集合。
2 LEACH协议不足在分析了经典的LEACH 分簇算法过程中,虽然优点很多,但也存在一些缺点(唐甲东,蔡明,无线传感器网络路由协议研究-LEACH 路由协议的改进:计算机工程,2013):(1)簇头很容易产生在一些能量很低的节点上,从而会大大降低网络的寿命。
(2)簇头节点分布不均匀,有些过于集中,因此能量不能达到均衡状态。
无线传感器网络中的分簇算法研究

无线传感器网络中的分簇算法研究无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量具有感测、计算和通信能力的小型节点组成的分布式自组织系统。
这些节点可以实时收集周围环境的各种信息,同时将这些信息进行处理和传输。
然而,WSN也面临着一些挑战,例如能量消耗、网络拓扑失衡等问题。
分簇算法是一种有效的解决方案,本文将从介绍分簇算法的基本原理、分类以及簇头选举等方面探讨无线传感器网络中的分簇算法研究。
一、分簇算法基本原理在无线传感器网络中,数据收集、处理和传输通常需要大量的能量消耗。
为了延长网络寿命,研究者们提出了一种有效的解决方案:通过将节点分成若干个簇,每个簇内部有一个簇头节点负责收集、处理和传输簇内的数据,从而降低网络能量消耗。
分簇算法基于这种思想,通过对节点进行合理的划分和管理,降低了整个网络的能量消耗,并提高了网络性能和数据传输的可靠性。
二、分簇算法分类按照节点簇头选举机制不同,分簇算法可大致分为静态分簇、动态分簇和混合分簇三种。
静态分簇算法:簇头节点在初始状态下就被选定,不进行改变。
这种算法的优点是简单、可靠,但是不适应网络动态变化的情况。
动态分簇算法:簇头节点根据网络节点状态动态选举。
这种算法能够适应节点的加入和退出,但是簇头节点有可能经常变化,导致网络拓扑不稳定。
混合分簇算法:将静态和动态分簇算法结合起来,既考虑了网络的稳定性和可靠性,又兼备对节点动态变化的适应性。
三、簇头选举簇头节点的选举机制是分簇算法中的关键问题之一。
当前,主要的簇头选举方法有以下几种:1. 基于能量的选举方法:簇头节点的能量水平高于其他节点,使其具有更长的寿命,因此这种选举方法通常以能量水平为参考标准。
2. 基于负载的选举方法:将数据负载作为影响节点选举的重要指标,且权重与节点能量水平相似,处理的数据量多的节点有较大的选举概率。
3. 基于距离的选举方法:以节点到基站之间的距离为参考指标,距离基站较近的节点通常被选举为簇头节点。
一种基于无线传感器网络分簇路由的改进算法
一
种基 于 无线 传 感 器 网络 分 簇 路 由的 改进 算 法
郭 文 强 ,周 强 ,侯 勇 严 ,王 阿 娟
( 陕 西 科 技 大 学 电气 与 信 息 工 程 学 院 , 陕 西 西 安 7 1 0 0 2 1 )
摘 要 : 为 了提 高无 线传 感器 网络能 量的有 效性 , 延 长 网络 生命 周 期 , 在 分析 了无 线传 感 器 网 络路 由协 议 中的 L E AC H 算法和 S E P 算 法机 理 的 基 础 上 , 提 出 了 改进 型 S E P算 法. 改进 型 S E P算法 能够在 能量 异构 的 网络模 式 下 , 通 过 改进 选 举 簇 头机 制 , 提 高 了剩 余 能量 较 高的 节 点 当选 为簇 头的概 率 , 增加 了选举簇 头 节点的合 理 性 , 有 效地 均衡 了 网络 中的 节 点 能耗 , 延 长 了 网络 的生命 周期 . 实验 结果表 明 : 改进后 的算 法与 L E A CH 算 法和传 统的 S E P算 法相 比 , 在
h a a n x i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e{ Te c h n o l o g y , Xi a n ( Co l l e ge of El e c t r i c a l a nd I nf o r ma t i on En gi ne e r i n g, S
第 3 1 卷
第 2 期
陕 西科 技 大 学 学报
J o u r n a l o f S h a a n x i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e& Te c h n o l o g y
基于分簇的无线传感器网络节能路由算法
中图法分类号 : P 9 T 33
文献标 识码: A
文章编 号 :007 2 2 0) 40 4.3 10.04(0 8 0—860
Cl trba e n r y—a i gr u i l o ih o iee ss n o ewo k use- s de e g s v n o t ngag rtm f rw r ls e s rn t r
个特 定 的 区域 内 , 成 一个 无 线 网络 , 目的 是 协 作 地 感 知 形 其
采 集 和 处 理 网 络 覆 盖 的 地 理 区 域 中感 知 对 象 的信 息 , 发布 并 给观 察者 ,这 就 是 传 感 器 网络 “ 网络 中 的 终 端 具 有 路 由功 。 能 , 以通 过 无 线 连 接 构成 任 意 的 网 络 拓 扑 。传 感 器 网络 在 可 军事 应 用 、 路 交通 、 疗 卫 生 以及 各 种 安 全场 合都 具有 非常 道 医
L U o C I B , HAI a — n L U L n ol , I ig Qi i
(co l f o p t c n e n eh ooy S a dn nvri, ia 5 0 1 hn) S h o o m ue S i c dTc n l , h n o g iesy J n2 06 ,C ia C r e a g U t n
维普资讯
第 2 卷 第 4 9 期
VO . 9 12 NO. 4
计 算 机 工程 与设 计
Co mp t rE g n e n n sg u e n i e r g a d De i n i
20 年 2 08 月
Fe .2 08 b 0
0 引 言
随着 信 息技 术 的 不 断 发 展 , 们 对 移 动 通 信 的 需求 越 来 人 越。 是, 于 具有 通 讯 能 力 的 微 型 传 感 器 出现 , 们 被 布 置在 他
基于BWAS的无线传感器网络动态分簇路由算法
循 环 中将信 息 素较 平 均地 分 布在 各路 径 上 , 次 循 这 环所 释放 的信息 素就 可能会 对 以后 蚁群决 策产 生误
。
重 庆 市 自然 科 学基 金重 点 项 目资助 ( 号 : S C2 ( B O 3 编 C T j A2 2 ) 07 收 稿 日期 :0 91 — 9 修 改稿 收到 日期 : 0 9 l — 6 2 0—02 ; 20 一21 。
wos o t ytm , 称 B A ) 法 的无 线 传 感 器 网 络 动 态 分 簇 路 由 算 法 。 算 法 是 基 于 无 线 传 感 器 网 络 动态 分 簇 rt u s s e 简 W S算 该 能量管理模式 , 簇头节点 间运用 B 在 WAS算 法 搜 寻 从 簇 头 节 点 到 汇 聚 节 点 的 多 跳 最 优 路 径 , 多跳 接 力 方 式 将 数 以 据 发 送 至 汇 聚 节 点 。B WAS算 法在 路 径 搜 寻 过 程 中评 价 出最 优 最 差 蚂 蚁 , 入 奖 惩 机 制 , 强 搜 寻过 程 的 指 导 性 。 引 加 结 合 动 态 分 簇 能 量 管 理 , 免 网络 连 续 过 度 使 用 某个 节点 , 衡 了 网络 节 点 能 量 消 耗 。 过 与 基 于 蚂 群 算 法 ( S 避 均 通 AC ) 的 路 由 算 法 仿 真 比较 , 算 法 减缓 了 网 络 节 点 的 能 量 消 耗 , 长 了 网 络 寿 命 , 相 同 时 问 里 具 有 较 少 的死 亡 节 点 , 本 延 在 具 有 较 强 的鲁 棒 性 。
景广 阔 , 当前 网络研究 的热 点之一 L ] 是 】。 。
较 多 时 , 算 的复杂 度增 大 , 时需要 较快 的收敛 速 计 此 度 以避免 多次 循环 而导致 能量 消耗过 大 。
基于分簇的无线传感器网络路由算法
E l e c t r o n i c S c i . &T e c h . / J u n e . 1 5.2 0 1 3
基 于 分 簇 的 无 线传 感 器 网络 路 由算 法
付 菁 波
( 1 . 西安 电子科技大学 研究生院 ,陕西 西安 7 1 0 0 7 1 ;2 .杨凌职业技术学院 文理学院 ,陕西 杨凌 7 1 2 1 0 0 )
Abs t r a c t An a l g o it r h m b a s e d o n c l u s t e i r n g i n WS Ns i s p r e s e n t e d t o s o l v e t h e p r o b l e m o f e n e r g y d i s t ib r u t i o n.
环 境监 测 、 农 业科技 和 医疗卫生 等领 域 。
究者们提出的多种分层协议都是建立在 L E A C H协议 的基 础上 。该 协 议 分 为簇 的建 立 阶 段 和 稳 定 传 输 阶
段 。在簇建 立 阶段 , 簇首 随机 产生 , 具 体选 择方 法是 传 感器 节 点在 0和 1之 间产 生 一个 随机数 , 如果该 值 小 于设 定 的 阈值 , 则该 节 点 就 宣 布 成 为簇 首 。其 中 阈 值 是 没有 考虑其 他 因 素 随机 产 生 的 , 没 有 优化 簇 首 的数 量 , 并 且 当网 络运 行 一段 时 间后 就会 出现簇 首 分 布 不均 、 个别节点 由于能耗过大而出现失效等现象。 在稳 定传 输 阶段 , 簇 首收集簇 成员 数据 , 聚合后 直 接将 结 果发送 给 s i n k 。这里 簇 首 与 s i n k直 接 通信 , 对 簇 首
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Abstract: In wireless sensor networks, clustering algorithm prolongs networks’ lifetime drastically. For a large size of WSN, the cluster head will consume too much energy if it transmits message to the sink directly. At first the EDR(energy distance ratio) was proposed for the problem, which gave the relationship between transmitting distance and energy efficiency. Afterward, a routing algorithm for transmitting message from cluster head to the sink was brought forward. In the algorithm, every node saved the information about location and energy of other nodes in current cluster. A transmitter selected the relaying node from its memory. If there was no node to relay in this cluster, the transmitter would send asking information to neighbor cluster and one of nodes in neighbor cluster answered the transmitter who was the relaying node. At last, simulation exhibited the algorithm was able to reduce energy consumption of WSN and also do well for balancing energy for WSN. Key words: wireless sensor networks; routing algorithm; clustering; remaining energy
᠔ọᢽՈḰথᅆ⚍ՈᲡࡿẋẋᇣˈ῁ӮՓ࿁Ს↨ ẋ໐࿁ₓՓϬᬜɋẋԢˈℸֵᙃথễՈ࿁ህ ӮẋDŽ ᴀ᭛ᇚԧⓔẴབԩϵોݙՈᅆ⚍ẟᜐḰথDŽ བ 2 ᠔߾ˈЎഛࣔᾬึ 200mh200m ᇇೈ ݙՈ 100 Ͼᅆ⚍ˈ ᣝ LEACH ߚોਜ਼⊩ᇚ݊ߚЎ 5 Ͼ ોDŽ݊ЁाᖗЎો៤ਬᅆ⚍ˈᅲᖗЎોŊᅆ⚍ˈ ᅲᖗℷᮍᔶЎ∛༞ᅆ⚍DŽᴀ᭛Ёẜخབϟ؛᪂DŽ 1) ؛᪂↣Ͼᅆ⚍῁کႮᏅՈഄˊԡา࠽ԭ ࿁ₓˈгک∛༞ᅆ⚍ՈഄˊԡาDŽ
ERx (k ) = ERx-ekec (k ) = Eelec k
߽Ϭ᭛Dz[7]ЁඝߎՈখ᭄
(2)
ETx-elec = ERx-elec = Eelec = 50 nJ/bit
ε amp = 100 pJ/bit/m2
߭ᓣ(1)ǃᓣ(2)বЎ
ETx (k , d ) = 50 × 10−9 k + 100 × 10−12 kd 2
1
ᓩᣄ
᮴ඃӴᛳ఼ตච(WSN, wireless sensor networks) ᰃϵᾬึ֕⌟ऎඳݙₓԢ៤ᴀǃ Ԣࡳǃ ᛳ کǃ ᭄໘ˊǃ ᄬټ᮴ඃỞֵ࿁ՈӴᛳ఼ᅆ⚍Ở
ᬊः᮹ᳳ˖2010-06-06
ẋႮඈඋᮍᓣᔶ៤Ոตචˈ ֲ݊Ոᰃणഄ₋▊ǃ ໘ ˊӴṗตචऎඳݙᝯᛳکᇍᬥՈֵᙃDŽ ᮴ඃӴᛳ఼ ตචɳ๗֕⌟ǃݯџᑨϬǃᲳѸỞǃएћिϣҹ ঞᅝܼഎড়῁᳝☢ᐌᑓⓘՈᑨϬࠡ᱃DŽ ᮴ඃӴᛳ఼ตචϔჰϵ∛༞ᅆ⚍᱂Ởᅆ⚍ඈ
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(5)
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g65g
Research on a routing algorithm for clustered wireless sensor networks
GUO Shu-cheng1, LU Yu2, XU Ding-gen1
(1. Academy of Equipment Command and Technology, Beijing 101416, China; 2. Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)
ₕ-ֲ˖ᆊႮ✊ᄺₕᰈࡽ-ֲ˄60672143˅ Foundation Item: The National Natural Science Foundation of China (60672143)
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ergy distance ratio)ּᇍᑨՈֵᙃথễՈᲡࡿࢴЎ᳔ ՇথễᲡࡿDŽ࿁Ს↨ᱎᇣˈ᪸ᯢֵᙃথễՈ࿁ₓՓ Ϭᬜɋᱎʌˈᅆ࿁ՈᬜᵰᱎདDŽᔧথễᲡࡿᰃ᳔Շ থễᲡࡿᯊˈ࿁ₓՓϬᬜɋ᳔ʌDŽ ϵᓣ(5)ᕫࠄ࿁Ს↨Ў
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