一种改进的无线传感器网络分簇路由算法

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改进的网络路由协议低功耗自适应分簇算法

２ＣｏｌｇｆＥｌｃｒｎｃ＆Ｉｆｒｔｎ，＇ｎＴｅｈｏｏｉａＵｎｖｒｉｙＸｉｎ７０３，ｎ）．ｌｅｏｅｔｏｉｅｎｏｍａｉＸｉｃｎｌｇｃｌｉｅｓｔ，＇１０２Ｃｈｉａｏａａ
ＡｂｔａｔＩＥＡＣＨ（Ｏｅｅｇｄｐｉｅｃｕｔｒｎｉｒｒｈｉｏｅｏｈｓｍｐｒａｔａｄｍｏｔｒｐｅｓｒｃ：ＩＷｎｒｙａａｔｌｓｅｉｇｈｅａｃｙ）ｓｎｆｔｅｍｏｔｉｏｔｎｎｓｅｒ — ｖ
关键词：无线传感器网络；由协议；路算法
中图分类号：Ｎ２文献标志码：文章编号：０８１９（０２０— ６—４Ｔ９Ａ１０—１４２１）１００００
Ｉｐｏｅｗ－ｏｒＡｄｐｔｖｕｔｒｎｇｒｔｍｒｖｄＬｏｐｗｅａｉｅＣｌｓｅｉｇＡｌｏｉｈｍ
ｓｎａｉｅａｇｒｔｍｓａｎｅａｃｉａｏｔｇｐｏｏｏｓｏｉｌｓｅｓｒｎｔｒｓｅｔｔｖｌｏｉｈｍｏｇｈｉｒｒｈｃｌｒｕｉｒｔｃｌｆｗｒｅｓｓｎｏｅｗｏｋ．Ａｉｎｔｔｅｄｓｄｎｅｍｉｇａｈｉａ — ｖｎａｅｈｔｔｅｃｕｔｒｈａｉｔｉｕｅｏｖｎｙａｄｏｌｉｇｌｈｐｐｔｏｕｄｂｓｄｉｈ．ａｔｇｓｔａｈｌｓｅｅｄｄｓｒｂｔｄｎｔｅｅｌ，ｎｎｙｓｎｅｏａｈｃｌｅｕｅｎｔｅＩＥＡＣＨ－

无线传感器网络多路径簇头链分簇式路由算法

ｈａｎｄｍａｄＯａｏｆｒａｍｕｔａｈｃｕｔｒｈｄｃａｎｅｄｏｅｎｓＳｓｔｏｍｌｐｔｌｓｅｅ－ｈｉ．Ｔｈｈｏｅｉａｎｌｓｓａｄｒｓｌｓｏｉｌｔｎｄｍｏｓｒｔｉ－ａｅｔｅｒｔｃｌａｙｉｎｅｕｔｆｓｍｕａｉｅｎｔａｅａｏ
ＲｏｉｇＰｒｔｃｌｆｒＷｉｅｅｓＳｅｏｅｗｏｋｓｕｔｎｏｏｏｏｒｌｓｎｓｒＮｔｒ
吴迪，胡钢，倪刚，张卓，李威
ＷＵ，ＤｉＨＩＩＧａｎｇ，ＩＧａｇ，ｔＮｎＺＩＡＮＧＺｈｕＬＩＷｅｏ，ｉ
关键词：线传感器网络；由协议；ＥＣ分簇算法无路ＬＡＨ；
Ｋｅｒｓｗｉｅｅｓｓｎｏｅｗｏｋｒｕｉｇｐｏｏｏ；ｙｗｏｄ：ｒｌｓｅｓｒｎｔｒ；ｏｔｎｒｔｃｌＬＥＡＣＨ；ｌｓｅｉｇａｇｒｔｃｕｔｒｎｌｏｉｍｈ
（河海大学计算机及信息工程学院，江苏常州２３２）１０２
（ｃｏｌｆｏｕｒａｄＩｆｒｔｎＥｇｅｒｎ，ｈｉｎｖｒｉ，ｈｎｚｏ１０２ＣｉａＳｈｏｏｍｐＷｏｍａｉｎｉｅｉｇＨｏａｉｓｙＣａｇｈｕ２３２，ｈｎ）ＣｎｎｏｎＵｅｔ
维普资讯
Ｃ３１５／Ｎ４ — ２８ＴＰ
ＩＳ１０ — ＸＳＮ０７１Ｏ３
计算机工程与科学

一种基于无线传感器网络分簇路由的改进算法

文章编号：ｉ０００ — ５８１１（２０１３）０２ — ０１３２ — ０４
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７１００２１）
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ＬＥＡＣＨ算法和ＳＥＰ算法机理的基础上，提出了改进型ＳＥＰ算法．改进型ＳＥＰ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ＬＥＡＣＨ算法和传统的ＳＥＰ算法相比，在
ｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ｛Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓ
第３１卷
第２期
陕西科技大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

改进型无线传感器网络安全分簇路由协议

加入簇节点的身份验证机制以及对候选簇首广播消息的认证。簇稳定阶段引入簇内节点对簇首广播消息进行认
证的机制。计算机仿真对比实验结果表明，ＥＣＬＡＨＲ协议能够延长网络寿命，用网络的安全性得到提高，网使
络性能得到改善。关键词：无线传感器网络；簇路由；分网络安全；由协议路
用于较小规模的网络。并且重建聚类的及时性和必要性没有相应的安全机制来进行保障，而且所有节点以相同的概率成为聚类首领缺乏对节点能量特性的考虑。本文在前人研究的基础上提出改进型
ＬＡＨ分簇路由协议，ＥＣ计算机仿真对比实验结果表明，ＥＣ — 议能够延长网络寿命，网络的安ＬＡＨＲ协使
并开发出一个安全、高效并能够在恶劣环境中进行操作的路由协议。这种协议不仅要能延长网络生存时
间，还要能够尽量地节约能量，并且能够保证路由路径的安全，抵御恶意节点的攻击。无线传感器网络路由协议对无线传感器网络的特性起着至关重要的作用，是无线传感器网络的关键技术之一。但是目前已有的无线传感器网络路由协议大多是对有限的节点资源和特定应用的网络特性进行的最优化设计，缺乏必要的安全机制，导致路由协议易于受到攻击并且在很多领域无法有效应用。另一方面ＷＳＮ的应用环境更加复杂，传统的安全机制已经不适合运用于无线传感器网络中到提高，网络性能得到改善。
ｗｒｓＷＳ来说，个非常重要的关键点就是设计ｏｋ，Ｎ）一

无线传感器网络能量均衡分簇路由算法的改进

为当前的轮数；Ｇ为在前１Ｐ轮中没有担当过簇首节／点的节点集合；ｏｍｄ为求模运算符号。
存时间。节点轮流担任簇首，衡了网络的能耗。由均
于簇首在当选时没有考虑节点的能量高低，若节点在
ｆｉｌｓｅｎｏｒＮｅｗｏｋｏｒＷｒｅｓＳｓｔｒｓｅ
韩芳
穹马邹凌
２３１）１０６
（州大学信息科学与工程学院，常江苏常州
摘
要：针对现有的分簇算法存在因负载能量不均衡而缩短无线传感器网络整体生存时间这一问题，别对经典分簇算法ＬＡＨ分ＥＣ
（）｛ｎ＝【
Ｐ
ｂ
（）１
且常用的一种基于簇结构的层次型的传感器网络路由
协议。ＬＡＨ算法簇首位置的轮换算法将远距离通ＥＣ
信的负载轮流分配给网络节点，以延长整个系统的生
式中：Ｐ为网络中簇首节点占总节点数目的百分比；ｒ
个随机数，若该数字小于一个门限值Ｔｎ，节点（）则ｒ０其他
ｎ就成为本轮的簇首节点。门限Ｔ１定义如下：（）２
ห้องสมุดไป่ตู้
低能量自适应分簇路由协议（ｏｎｒｙａａｔｅ１ｅｅｇｄｐｖｗｉ
ｃｓｒｇｈｒｃｙＬＡＨ）是较早提出的、成熟ｌｔｉｉａｈ，ＥＣｕｅｎｅｒ较
０引言
无线传感器网络通常由大量随机分布的、电池用

一种改进的无线传感器分簇路由算法研究

中图分类号：Ｐ９Ｔ３３文献标识码：Ｂ
ＳｔｙｏｍｐｏｅｉｅｅｓＳｅｓｒＮｅｗｏｋＣｌｔｒｎｇｒｔｕｄｎａＩｒｖｄＷｒｌｓｎｏｔｒｕｓｅｉｇＡｌｏｉｈｍ
ＹＡＮＧｉＬ
ＴｈｅｓｍｕｌｔｏｅｕｔｈｗｈａｈｍｐｏｅｌｏｉｈｉｅｙｏｄＳｈｔｔｅｗｏｋｅｅｇｏｕｐｉｎｃｎｒａｈｉａｉｎｒｓｌｓｓｏｔｔｔｅｉｒｖｄａｇｒｔｍｓｖｒｇｏＯｔａｈｅｎｔｒｎｒｙｃｎｓｍｔｏａｅｃｅｉｉｉｍ，ｓｖｎｈｌｔｒｈａｄｓｅｒｙ，ｔｒｂｒｌｎｉｇｔｅｎｔｒｉｅｉｑｕｌｂｒｕａｉｇｔｅｃｕｓｅｅｄｎｏｅｎｅｇｈｅｅｙｐｏｏｇｎｈｅｗｏｋｌｆｔｍｅ．
摘要：研究优化传感器工作寿命问题，网络簇问能耗不均衡和簇头选择不合理，导致能量过早消耗，网络寿命短的缺陷。传统分簇算法采用均交分簇和固定阈值簇头轮换选举方式不能解决上述问题。为了延长网络生命周期，提高能量利用效率，提出了一种改进的无线传感器路由分簇算法，采用非均匀分簇策略使簇簇间能量消耗平衡，并利用基于剩余能量的阈值簇头轮换选择机制。在ＮＳ台中对算法进行仿真，２平对节点存活率和网络总能耗两个方面进行比较与分析，仿真结果表明，改进的算法很好地使网络的能耗达到了均衡，节约了簇头节点的能量，从而延长网络的寿命。关键词：无线传感器网络；能量均衡；非均匀分簇算法；头选择簇

一种具有提高成簇质量的WSN节能分簇路由算法

的代价小；同时该算法还考虑了节点的剩余能量，能量低的节点成为簇首的可能性降低。通过这样的方法选择簇首形成的簇
提高了成簇的质量，而提高了网络的整体性能，进延长了网络的生存时间。在仿真过程中．文通过计算得出了簇的理想最本
优情况，与仿真结果进行比较，证了本文算法的合理性。并验
是将传感器网络的节点划分为不同的簇。个簇中每有一个簇首节点，中的其余成员节点将信息发送簇
给簇首节点并由簇首节点进行数据的融合和转发。其中，簇首的选择是分簇算法的关键，如何通过簇首
生存周期是ＷＳＮ中的研究热点之一ｌ２、］１
ｂｅｉｒｖｄａｄｔｅｅｅｇｏｕｐｉｎｏｈｅｃｍｍｕｎｃｔｏｅｗｅｎｍｅｅｏｅｎｌｓｅｅｄｃｎｂｅｍｐｏｅｎｈｎｒｙｃｎｓｍｔｏｆｔｏｉａｉｎｂｔｅｍｂｒｎｄｓａｄｃｕｔｒｈａａｅｄ — ｃｅｓｄ．ｈａｉｅ，ｈｅｎｄｓｗｉｈｌｗｎｒｙｈｖｅｓｐｏａｉｔｏｂｅｏｅｔｅｃｕｓｅｅｄ．ｒａｅＡｔｔｅｓｍｅｔｍｔｏｅｔｏｅｅｇａｅｌｓｒｂｂｌｙｔｃｍｈｌｔｒｈａＴｈｅｅｏｅ，ｔｉｒｆｒｉｃｎｉｒｖｈｕｌｔｆｔｅｎｔｒｎｘｅｄｔｉｅｔｍｅｏｅｎｔｒＴｅｒｔｏｌｙｏｌｏｉｈｉｅｉｅａｍｐｏｅｔｅｑａｉｙｏｈｅｗｏｋａｄｅｔｎｈｅｌｆｉｆｔｅｗｏｋ．ｈａｉｎａｉｆａｇｒｔｍｓｖｒｆｄｈｔｉ

无线传感器网络节能分簇路由协议改进

耗，长网络生存时间。延
关键词：ＬＡＨ协议；ＥＣ冗余节点休眠；中转节点；节能
中图分类号：Ｔ３３Ｐ９文献标识码：Ａ文章编号：１０－７７２１）９０３－３００９８（０１０－０００
Ｉｐｏｅｅｆｅｅｇａｉｌｓｅｏｔｎｍｒｖｍｎｔｏｎｒｙｓｖｎｇｃｕｔｒｒｕｉｇ
一
本文提出的改进算法结合节点的剩余能量选择簇首，利用相邻节点区域分布的方法调度节点的“ 眠” 者“ 休或激活” 态，状距离簇首较远的节点利中，用电池供电，以补采难
０引言
协议的能量消耗，但未考虑到区域重复覆盖的冗余节点等
问题。
无线传感器网络（ｉｌｓｓｎｏｅｏｋ，Ｎ）由ｗｒｅｅｓｒｎｔｒｓＷＳｓ是ｅｓｗ大量的智能传感器节点构成并通过无线介质连接的无线网
络，它可以实现对监控区域的实时数据监测和传输。ＷＳｓＮ
ｐｏｏｏｏＳｒｔｃｌｆｒＷＮｓ
ＧＥＹｎｕ，ＤＵｈｎ —ｉｇＥｉＡＮＺｏｇｘｎ，ＬＩＪｅ（ｃｏｌｆｎｏｍａｉｎａｄＣｎｒｌｎｉｅｒｇＸ ’ｎＵｉｅｓｙｏｒｈｔｃｕｅＳｈｏｆｒｔｎｏｔｏＥｇｅｉ，ｉａｎｖｒｉｆｃｉｔｒｏＩｏｎｎｔＡｅａｄＴｃｎｌｇ，ｉａ１０５ＣｉａｎｅｈｏｙＸ ’ｎ７０５，ｈｎ）ｏ
摘
要：有效地降低能耗，延长网络生存时间一直是无线传感器网络的研究热点。分析了ＬＡＨ协议并ＥＣ

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摘பைடு நூலகம்
要：在无线传感器网络中，分簇路由具有管理方便、高效节能、易于实现等特点，成为当前重点研究的路由算法。现有的典型
分簇路由算法存在着簇首节点能耗分布不均，首节点与基站未采用最短路径，簇数据可能“ 绕道” 传递等缺陷，使得在网络规模较
大时网络能耗及生命周期等性能表现不佳。针对这些问题，结合ＬＡＣＥＨ和ＳＲＨＯＴ的思想提出了一种改进的多层分簇路由算法（ＥＣＳ，建立了簇首到簇首路由，ＬＡＨ．）它并保证相邻簇首之间距离最短。ＮＳ仿真结果表明，网络规模较大，２在密度较低时，
ＬＥＡＣＨ— ｕｐｒｏｓＬＡＣＨ— ｎａｌ１％ｗｈｎｔｅｎｔｏｋｉｐｒｅａｄｌｒｅＳｏｔｅｆｒＥｍＣｅｒｙ５ｅｈｅｗｒＳｓａｓｎａｇ．
Ｋｅｒｓｗｉｌｓｅｓｒｎｔｏｋ；ｌｓｅ－ａｅｏｔ；ｙｗｏｄ：ｒｅｓｓｎｏｅｅｗｒｓｃｕｔｒｓｄｒｕｅＬＥＡＣＨ；２ｂＮＳ
ｎｖｌｕｔａｅｃｓｒａｅｓｈｍｅ（ＥＨＳｉｒｐｓｄｗｉｉｔｒｔｓｈｅｏｃｐｓｆＬＡＣａｄＨ０Ｕｏｅｍｌｌｒｌｔ－ｓｄｃｅｉｙｕｅｂＬＡＣ — ）ｓｏｏｅ，ｈｃｎｅａｔｃｎｅｔｐｈｇｅｏＥＨｎＳＩ
ＬＡＣ．较ＬＡＣＣ将网络生命周期延长了约１％。ＥＨＳＥＨ．５
８２
２１，６２）００４（３
ＣｍｕｅＥｇｎｅｉｇａｄｐｌａｉｎ￣算机工程与应用ｏｐｔｒｎｉｅｒＡｐｉｔｓ１ｎｎｃｏ＂
一
种改进的无线传感器网络分簇路由算法
刘海洋，宇航杨
ＬＩＨａ－ａＵｉｙｎｇ，ＹＡＮＧ — ａＹｕｈｎｇ
ｎｅｉｇａｄＡｐｃｔｎ，００４（３：２８．ｅｒｎｎｐｆａｉｓ２１。６２）８－４ｉｏ
ＡｂｔａｔＩｈｅｅｒｈｏｒｌｓｓｎｏｅｗｏｋ。ｌｓｅ－ａｅｏｔｎｒｔｃｌｂｃｍｅｍｐｒｎｓｃｅｘｅｎｓｒｃ：ｎｔｅｒｓａｃｆｗｉｅｓｅｓｒｎｔｒｓｃｕｔｒｂｓｄｒｕｇｐｏｏｏｓｅｏｉｏｔｔｉｅｔｙｅｃｌｉｅｉａｎｈｎｔｒｏｏｏｙｅｗｏｋｔｐｌｇｍａａｅｎ，ｎｒｙｆｃｅｃａｄｐｌａｉｎ．ｅｘｓｉｇｃｕｔｒｂｓｄｏｔｇｐｏｏｏｓｄｏｅｆｒｎｇｍｅｔｅｅｇｅｉｎｙ，ｉｎａｐｉｔｏｓｃＴｈｅｉｔｌｓｅ－ａｅｒｕｉｒｔｃｌｏｎｔｐｒｏｍｎｎＳｗｅｌｎｅｏｋｎｒｃｎｕｔｎｎｄｉｔｗｈｎｈｅｗｏｋｓａｇ，ｅａｓｅｅｇｃｎｕｔｎｍｏｇｌｓＯｌｉｎｔｒｅｅｇｗｙｏｓｍｐｏａｌｆｉｉｅｍｅｅｔｅｎｔｒｉｒｅｂｃｕｅｎｒｙｏｓｍｐｏａｎｃｕ — ｌｉ
Ｅｍｉｋｎｅ＠ｓｕｅｕｃ－ａｌｅｎｙｊ．．：ｔｄｎ
ＬＩＵＨａ－ａｇＹＡＮＧＹｕｈｎｇＩｒｖｄｌｓｅ－ａｅｒｕｉｇｒｔｃｌｏｉｅｅｓｅｓｒｉｙｎ，。ａ・ｍｐｏｅｃｕｔｒｂｓｄｏｔｎｐｏｏｏｆｒＷｒｌｓＳｎｏＮｅｗｏｋ．ｍｐｔｒｔｒｓＣｏｕｅＥｎｉｇ－
ｔｒｈａｓｒｎｔｎｆｒ，ｅｒｕｅｂｔｅｎＢＳｎｄｌｓｅ－ｅｄｍａｅｏｔｅｈｒｅｔａｄｄｔａｋａｄｍｕ．ｅ－ｅｄａｅｏｕｉｍｔｏｔｅｏｈｗｅａｃｕｔｒｈａｓｙｂｎｔｈｓｏｔｓ，ｎａａｍｙｍａｅｅｒＡ
上海交通大学电子系，上海２０４０２０
ＤｅａｔｎｆＥｌｓ仃ｎｃＥｇｎｅｉｇＳａｇａｉｏｏｇＵｎｖｒｉＳａｇａ０２０，ｉａｐｒｍｅｔｏｅｃ０ｉｎｉｅｒｎ，ｈｎｈｉＪａｔｎｉｅｓｔｙ，ｈｎｈｉ２０４Ｃｈｎ
ＬＥＡＣＨ— ｓｔｐｒｕｅｂｔｅｎｌｓｒｈａｓｎｅｓｒｓｈｅｉｔｎｅＳｍａｌｓ．ｈｓｍｕａｉｎＳｅｕｓｏｔｓｅｗｅｃｕｔ－ｅｄａｄｎｕｅｔｄｓｃｉｅａｓｌｔｅｉｌｔｗｉＮＳｓｏｔａｅＴｏｔｈ２ｈｗｓｈｔ