无线传感器网络中基于位置信息的低能耗路由算法

Ｓ ｔ ｅ ｐ １ ： 各节点根据基站 的坐标计算 出自 己距 离靠近基站一
ｗ（ 第１ 轮计算） ； １ 之 间的随机数， 如果 随机数小于阈值 ， 节点就当选簇头， 并向 周 侧的部署边界的距 离Ｄ Ｓ ｔ ｅ ｐ ２ ： 所 有节点Ⅳ “Ｅ Ｉ ／ １ ４ ｉ ４ｎ ， ｎ∈ Ⅳ Ｊ 以通讯半径 ｒ 向周边 围广播其簇 头消息 ， 其余节点根据接 收到的簇 头广播信息选择
生存的地 区收集、 处理和发送监测数据。因此在军事 、 民用等领 ３ ． １无线传感器网络体系设定
域有着 十分广泛 的应用 。 传感 器节点携带的 电 子 设备都需要通
过其 电池来进行供 电。由于传感器 网络部署的特殊环境及 网络
为了算法 描述 的清晰， 做以下假设： （ １ ） 所有节点经 部署在边长为Ｌ 的正方形区域 ； （ ２ ） 传感器节点部署后节点位置保持不变 ； （ ３ ） 传感 器节点能量 受限， 且具有Ｇ Ｐ Ｓ 定位 系统， 能确 定自己 （ ４ ） 每个节点都是同构的， 具有相同的初始能量、 通信及感知 （ ５ ） 传感器节点可 以通过多跳 的方式与基站Ｂ ｓ 进行 通讯， 基 本文使用 以下关于通讯距离和通讯数据量 的传感器节点发
２ 相 关 工作
目前， 已有许 多分簇路 由算法 “ 被提 出， 其 中Ｈ ｅ ｉ ｎ ｚ ｅ ｌ ｍ ａ ｎ 等人提出的Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法 是最具代表性和里程碑意义的。
（ ）
Ｅ
…
表 示节点接收数据 的能耗关于数据量Ｋ 的函数。
较Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法能更好 的降低 能耗 ， 均衡 网络能量， 延长 网络使 用时间。 关键词 ： 传感 器 网络； 簇 头； 位 置信息； 节能
１ 引言
每个簇的规模 ， 减少簇头簇 内能量消耗， 均衡 能耗 。
Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法改进 无线传感器 网络可 以灵活方便 的部署于高危或不适于人类 ３
ｗ ＿ １ －
ｍ ｒ
！
（ ３ ）
ｗ 值越 大， 则表示Ⅳ ： 节点如果成为簇头， 其越靠近 簇结构的 应该优先成为簇头。 （ ３ ） Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法 没有考虑到部署区域中靠近基站 的簇头将承 中心位置 ， Ｓ ｔ ｅ ｐ ４ ： 每 个节点计算 出自己的候 选簇头能量指标Ｈ ， 担 比一般 簇头更多的数据汇聚和转发工作， 能量消耗也更加快 虑节点能量 问题。 的 问题。 应该 在这类 区域 中选取更 多的簇 头， 这样 有利于控制
的位置。 如果选取 的簇 头位于簇结构 的边 缘位置 ， 则簇 头较位
于簇 结构中心位 置的簇头要耗费更多的能量。 （ ２ ） 由于簇 头能量 消耗 远 比一般 节点大 。因此在选 取簇 头 时， 应 该尽可能选 取剩余能量较 多的节点。 而Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法没有考
假 设节点Ⅳ 收 到 Ｍ个 其 它 节 点 发 出 的广 播 。其 中 ， Ⅳ ｊ ∈ ｄ ｉ ｓ ｔ ， ， Ⅳ 表示节点Ⅳ ｉ 到另一个节点Ⅳ 的直线距 离。
Ｅ ｓ ｏ ． ｄ （ ｄ 钮ｕ ｎ ｊ ｔ ＊ ｋ ＋ Ｂ ａ ｍ ｐ ＊ ｋ ｄ ‘ （ １ ）
其中Ｅ … ｆ 尘 ， ｄ 表 示节点发送 ｋ 字 节大小的数据 包到距 离
Ｅ … 为电气特 性参数。
Ｅ
Ⅲ
得簇 的拓扑结构更加合理 ， 簇头节点能耗更低， 网络能耗更加均 为ｄ 的目标节点所需耗 费的能量 ， Ｅ ｕ ｎ ｉ ｔ 为发送单位 自己的能耗 ，
距离 自己最 近的簇加入 。 ２ ． ２存 在问题 Ａｆ － ￣Ｍ ｓ ｇ ＿ Ｊ ０ 。 。 ， 其 中包括 自己的坐标 ， 节点编号；
Ｓ ｔ ｅ ｐ ３ ： 节点Ⅳ 根据 收到的其它 节点信息计算 出它 的候选 簇
。 （ １ ） Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法 选取簇 头时没有考虑成 簇后， 该 簇头在簇 中 头聚 合性指标 Ｇ
中节点的数量极大 ， 因此 电 池 能源往往得不到及时有效的补充，
导致 部分节点因能量 耗尽无法 工作 ， 造成 监测黑洞或者通讯盲 间成 为研 究人员关注 的热 点… 。 传感器 网络在得不到能量补 传感器 网络路 由算法往往可以通过缩短节点通信距 离， 减 少通
工作 时间。
点。 上述 原因使得 在能量受 限的条件下延长传感器 网络工作时 的位 置坐标； 充时只 能通过 降低 网络 能耗 来有效延 长使用时间。 而优秀的 半径 ， 并能监测 自 身的剩余能量； 信数据量 等方式降低节点的工作 能耗， 从而延长传感器 网络的 站可以对所有传感器节点进行广播。 本文提 出了一种基于位置信 息的低能耗路 由算法 ， 在Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 送、 接收能耗模 型： 算法选取 簇头 的基础上 ， 综合考虑传感器节点与其它 节点的相 对位 置 ， 剩 余能量及 承担与基站通信 的工作量等 相关要素， 使 衡， 有效的延长了传感器网络 的工作时长。
无线天 地ｔ
无线传感器网络中基于位置信息的低能耗路 由算法
胡 君 （ 湖南科技职业学院， 湖南 长沙 ４ １ ０ １ １ ８ ）
摘 要： 许多研究表明， 优秀的分簇路由算法能够有效的延长传感器网络的使用时间。 在分析典型的分簇路由算法Ｌ Ｅ Ａ ｃ Ｈ 存在问题的基础上， 提 出了 基于位置信息的低能耗路由算法， 该算法在Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法的簇头选取 机制上进行了改进， 综合考虑了 位置和能量等信息， 仿真实验表明， 新算法
３ ． ２簇头选取阀值的优化
在传 感器节点部署后第一轮成簇 的时候 ， 基站对所有节点
２ ． １ Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法描述
Ｓ ＇ ｙ 日 及传感 器部署区域的坐标 。 Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 算法主要通过 随机选择聚类首领， 平均分担中继通信 广播 自己的位置坐标 Ｂ 以后每轮节点簇头阀值计算步骤为： 业务来 实现 。 同时Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ 定义了 “ 轮 ”（ Ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ） 的概 念， 针对每个 节点ｎ 设 定了一个 阀值Ｔ （ ｎ ） ， 每轮开始时， 节点自动产 生一个 ０ 到