无线传感器网络分簇路由协议综述

合集下载

基于簇的无线传感器网络路由协议分析

无线传感器网络（ｒｌｓｅｓｒＮｅｗｒ－简ＷｉｅｓＳｎｏｔｏｋｅ称ＷＳ［是由部署在监测区域内大量的微型传感Ｎ）１］器节点，通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，目的是协作地感知、集和处理网络覆盖其采区域里被监测对象的信息，发送给观察者［。Ｓ并２ＷＮ］
Ａｎａｙｉｆｒｕｉｏｏｏｓｂｓｄｏｌｓｓｏｏｔｎｇｐｒｔｃｌａｅｎ
ｃｕｓｅｓｆｒｗｉｅｅｓｓｎｏｔｒｌｔｒｏｒｌｓｅｓｒｎｅｗｏｋ
ＷＡＮＧＧｕｉｎ，ＴＡＯｉ —ｉｇ一ｇＸａｏｌｎ
效、数据融合简单等优点，为当前重点研究的路由技术。着重从簇头的产生、的形成和簇的路由这三个过程对成簇
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
当前典型的无线传感器网络分簇路由算法和协议进行了研究，根据路由性能指标对上述算法和协议进行了比并
第２８卷
第６期
桂林电子科技大学学报
ＪｏｎｌｏｉｉｉｅｓｔｆＥｌｃｒｎｉｃｎｌｇｕｒａｆＧｕｌＵｎｖｒｉｙｏｅｔｏｃＴｅｈｏｏｙｎ
Ｖｏ．８，．１２Ｎｏ６
Ｄｅ．ｃ２００８
２０年１０８２月
基于簇的无线传感器网络路由协议分析
王桂凤，陶晓玲

节能的无线传感器网络分簇路由协议的研究

摘
要：ＥＣＬＡＨ协议是无线传感器网络中典型的分簇式路由协议，通过分析ＬＡＨ协议的优缺点，ＥＣ针对该协议的簇首选择
机制进行改进，出了ＬＡＨ－ＥＰ的分区域簇首选择算法，提ＥＣＳＲ该算法将整个网络分成若干个扇形区域，每个扇形区域内独在立地运行改进的ＬＡＨ协议，ＥＣ同时区域簇首与基站之间的通信由传统的单跳改为多跳，并进行了仿真分析。仿真结果表明，
阔的前景和很高的应用价值
。
但是无线传感器网络固有的缺点使得它在具体的应用中有一些局限性，比如说传感器节点的能量
Ａｂｓｒｃ：ＬｔａｔＥＡＣＨｒｔｃｌｉｙｉａｌｓｅｉｇｒｕｉｒｔｃｌｏＳＰｏｏｏｓａｔｐｃｌｃｕｔｒｎｏｔｎｇｐｏｏｏｆＷＮ
．
Ｔｈｓｐｐｅｅｅｒｈｄｔｅａｖｎａｅｉａｒｒｓａｃｅｈｄａｔｇｓ
ＬＵｕｎｉＩＬｙａ，ＬＵ／Ｙａｌ，ＬａｕｎＤｉ
（ｅａｔｅｔｆＣｍｕｅｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＤｐｒｎｏｐｔＳｉｃｎｅｈｏｇ，ＷｕａｎｖｒｔｆＴｃｎｌｙｍｏｒｅｏｈｎＵｉｓｙｏｅｈｏ，Ｗｕａ３０３ｈｎ）ｅｉｏｇｈｎ４０６，Ｃｉａ
ＥＡＣ：１０ＥＣ６５Ｐ
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１０１９．００１．２ｏ：０３６／．ｓ．０４— ６９２１．２０５ｓ

无线传感器网络LEACH路由协议的节能改进算法

无线传感器网络LEACH路由协议的节能改进算法摘要：LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的WSN自适应分簇分层路由协议，但协议没有考虑节点的剩余能量，随机的产生簇头节点，且在分簇过程中没有考虑簇头节点的数量，过多的簇头造成数据冗余，过少的簇头又因数据传输距离过长而消耗过多的能量，缩短了整个网络的生存周期。

针对LEACH存在的以上缺陷，首先在阀值公式中引入节点的能量因素，然后提出一种新的簇头数的计算方法，通过控制簇头数量确保了网络负载的平衡。

仿真结果表明：改进后的算法有效降低了能耗，延长了节点和网络的寿命。

关键词：无线传感器网络，LEACH路由协议，最佳簇头数，能量消耗1 引言无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点以自组织的方式构成的无线网络。

传感器节点通常采用电池供电，其计算和存储能力十分有限，因此节能是无线传感器网络的一个重要研究方向[[1]]。

其中LEACH路由协议是最早提出的一个能量利用率较高的分层路由协议，协议采用分簇的方式，实现网络能量消耗的均衡。

本文针对LEACH协议的一些不足，提出改进算法。

2 LEACH 算法概述LEACH算法是无线传感器网络最早提出的分簇路由协议， LEACH定义了轮的概念，每轮分为簇的建立阶段和稳定状态阶段。

在簇的建立阶段，每个节点产生一个（0,1）之间的随机数，并把它和阀值 T(n)进行比较，如果这个数小于阀值，则该节点成为簇头节点。

T(n)的计算公式为：其中，P是簇头在所有传感器节点中所占的百分比，P=k/n,k为网络中的簇头个数，N为网络中的节点总数，r是当前的轮数，G是前1/P轮中未当选过簇头节点的集合。

在每1/P轮，每个节点有且只能成为一次簇头。

3 簇头选择的改进Leach协议中所有节点被选为簇头的概率是相等的，但他们当选为簇头的概率依然是相等的。

在这种情况下会出现一些剩余能量很少的节点依然被选为簇头节点，这样导致此节点的能量会很快耗尽，出现网络“洞点”使得整个网络的生存时间变短[2]。

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

一种基于网格的无线传感器网络分簇路由协议

（．１中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４０７；１０５２湖南财政经济学院网络化系统研究所，．湖南长沙４００１２５；
３中佛罗里达大学电气工程和计算机科学系，．美国奥兰多１２５）６４０摘要：为延长网络生存时间，出了一种基于网格的无线传感器网络分簇路由协议。整个网络分成若提
ｐｏｏｏｆｃｉｅｙｂｌｎｅｈｎｒｙｃｎｕｔｎｆｒｓｎｏｏｅｎｗｒｌｓｅｓｒｎｔｏｋｎｉｎｆａｔｒｔｃｌｅｆｔｌａａｃｓｔｅｅｅｇｏｓｍｐｉｅｓｒｎｄｓｉｉｅｅｓｓｎｏｅｗｒｓａｄｓｉｃｎｌｅｖｏｏｇｉｙ
ｃｕｔｒｅｂｒｃｎａｊｓｃｕｔｒｉｃｏｄｎｃｌｎｏｍｔｎＳｌｉｓｌｈｗｔｅｒｐｓｄｒｔｇｌｓｍｅｓａｄｔｌｓｚａｃｒｉｔｌａｉｒａｉ．ｉａｏｒｕｔｓｏｏｏｅｕｉｅｍｕｅｓｅｇｏｏｆｏｍｕｔｎｅｓｈｐｏｎ
干个虚拟网格，每个虚拟网格形成一个簇，采用唯一簇头选举法产生簇头，簇内成员可以根据局部的信且息调整簇的大小，到节省能量的目的。仿真实验和分析表明：协议能均衡网络能量，长网络的生存达该延
时间。
关键词：无线传感器网络；网格；簇头
ＡｂｔａｔＴｏｐｒｌｎｒｌｓｅｏｅｗｏｋｓｌｆｔｍｅ，ｌｔｒｎｏｉｇｐｏｏｏｏｒｄｂａｅｒｌｓｅｓｒｓｒｃ：ｏｏｇｗｉｅｅｓｓｎｓｒｎｔｒｉｅｉａｃｕｓｅｉｇｒｕｔｎｒｔｃｌｆｒｇｉ — ｓｄｗｉｅｅｓｓｎｏｎｅｗｏｋｓｐｏｏｅＷｈｌｅｗｏｋｉｉｉｄｉｔｏｉｔａｒｄｓａｄｓｎｓｒｎｏｅｎｅｃｒｄｆｒａｃｕｔｒｔｒｓｉｒｐｓｄ．ｏｅｎｔｒｓｄｖｄｅｎｏｓｍｅｖｒｕｌｇｉｎｅｏｄｓｉａｈｇｉｍｌｓｅｏｒｓｃｉｅｙ，ｎｉｕｅｃｕｔｒｈａｌｃｉｎｍｅｈｄｉｅｏｅｅｔｃｕｔｒｈａＩｒｅｏｓｖｅｗｏｋｅｒｙ，ｅｐｅｔｖｌｕｑｌｓｅｅｄｅｅｔｏｔｏｓｕｓｄｔｌｃｌｓｅｅｄ．ｎｏｄｒｔａｅｎｔｒｎｅｇ

无线传感器网络中分簇定向扩散路由协议研究

Ｄ中，用路径加强的方式，Ｄ采即选择适当的方式加
平等的节点之间通过平面路由算法形成路由机制．
典型的平面路由协议有Ｆｏｄｎ协议及Ｇｏｓｉｇｌｏｉｇｓｉｎｐ
协议 Ⅲ ，ＤＤ（ｒｃｅｉｕｉｎ协议＿５，ｎｒＤｉｔｄＤｆｓ）ｅｆｏ４］Ｒｕｏ．
协议＿，ＰＮ（ｅｓｒｐｏｏｏｏｎｏｍａｉｎｖａ６ＳＩｓｎｏｒｔｃｌｆｒｉｆｒｔｉｊｏ
ｎｇｔｔｎ协议＿，ＭＥＮ（ｍａｌｎｍｕｅ — ｅｏｉｉ）ａｏ７ＳＣｓｌｍｉｉｍｎ］ｅｇｏｒｙｃｍｍｕｉａｉｎｎｔｒ）议＿，Ｍ（ｒｐｎｃｔｅｗｏｋ协ｏ８ＧＥｇａｈ］ｅｅｄｎ）议ｌ，ＡＲ（ｅｇａｈｃｌｎｎｒｍｂｄｉｇ协＿ＧＥｇＪｇｏｒｐｉｄｅｅ— ａａ
送广播兴趣．
簇路由机制中具有便于管理，据融合等优点，数成
为当前无线传感器网络中的研究热点．型的分簇典
路由协议有ＬＡＣＨ（ｏｎｒｙＡｄｐｉｅＣｕ— ＥＬｗＥｅｇａｔｌｓｖ
ｔｒｎｉｒｒｈ）ｌ，ｅｉｇＨｅａｃｙＥ］ＧＡＦ（ｅｇａｈｃｌａａｔｖ１ｇｏｒｐｉａｄｐｉｅ
议的基础上，引入分簇的概念，大规模部署的传感器网络中，对事件只发生在某一个局部检测区域的情况在针

大规模无线传感器网络分簇路由协议改进方案

议和分簇路由协议翻在平面路由协议中，。各节点地位平等，通过局部操作和反馈信息来生成路由。平面路由缺乏对通信资源的优化管理，对网络动态变化的反应速度较慢［６１。在分簇路由协议中，通常对网络中的节点进行层次划分，若干地理位置相邻节点构成一个簇，每个簇内选举一个簇首。在
研究与开发
大规模无线传感器网络分簇路由协议改进方案
章坚武，季莹莹。成磊虞（州电子科技大学通信学院杭州３０１）杭１０８
本文对大规模无线传感器网络的路由协议进行了研究，出一种全新的高能效分簇路由协议。提根据节点数目以及分布区域大小，过数学公式推导得出最优的簇首节点数目。对簇首进行改进，通均衡网络的负载，少节点的过早死亡，减延长整个网络的寿命。离基站较远的簇首利用多跳来传
进行簇首选举和网络重组过程，避免簇首节点能耗过多，影
３１网络模型．
Ⅳ个节点随机散布在边长为的正方形区域内，分布密度服从参数为Ａ的初始能量。的泊松分布。每个节点具有相同
响网络寿命。相比一般的平面协议或静态分簇协议，ＬＡＨ可以减少网络能量损耗．ＥＣ将网络生命周期延长１％５左右。ＥＣＬＡＨ协议提出较早，设计较为详细，是其他许多协
少了路由表尺寸，降低了交换路由信息所需的通信开销和维护路由表所需的内存开销，这与有线网络中层次路由的目标是一致的，使网络也易于管理：三是基于某些设计良好的簇生成策略可以产生较为稳定的子网络，减少拓扑结构

无线传感器网络中的分簇路由算法研究

无线传感器网络中的分簇路由算法研究无线传感器网络是指由许多无线传感器节点组成的网络。

这些无线传感器节点能够感知和采集环境中的各种信息，并将这些信息传送到网络的其他节点或基站中。

在无线传感器网络中，节点通常需要通过中继节点进行数据传输，因此网络的路由算法非常关键。

分簇路由是无线传感器网络中一种常见的路由方式。

它将网络中的节点划分为若干个簇(cluster)，每个簇由一个簇头(cluster head)节点负责管理。

簇头节点负责收集其所属簇内其他节点的数据，并将数据通过中继节点传送到基站。

分簇路由算法的目标是使网络中的能量消耗尽量均衡，延长网络的寿命。

在无线传感器网络中，节点的能量是非常宝贵的资源。

因此，节能是无线传感器网络设计中的一项重要考虑因素。

而分簇路由算法正好可以通过簇头节点的选择和簇内节点间的协作来实现对节点能量消耗的优化。

簇头节点的选择是分簇路由算法中的关键问题。

一种常见的选择策略是节点的能量水平。

通常，能量水平较高的节点被选为簇头节点，以便能够承担更多的工作量。

然而，这种方法可能导致能量的不均衡消耗，使得某些节点的能量很快耗尽，从而降低了整个网络的寿命。

因此，一些研究者提出了其他的簇头选择策略，例如轮流选择、基于节点距离的选择等。

除了簇头节点的选择，簇内节点之间的通信机制也是分簇路由算法中需要考虑的问题。

簇内节点通常需要以无线方式与簇头节点通信，并将采集的数据传送给簇头节点。

为了降低能量消耗，一种常见的做法是将簇内节点分为几个级别，使得距离较近的节点之间直接通信，而距离较远的节点则通过跳点方式进行通信。

这种分级通信方式可以有效降低节点之间的能量消耗，延长网络的寿命。

除了上述提到的问题，还有一系列的挑战和问题需要在无线传感器网络中的分簇路由算法中解决。

例如，网络中的节点可能会由于环境因素或节点故障而失效，因此需要设计一种有效的节点故障检测和处理机制。

此外，在网络中可能会存在信号干扰、多径传输等问题，这些也需要在算法设计中进行考虑。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

ｃｏｌｓＣｎａｎｏｔｂｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏＷＳＮｓ．Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｙｇｏｆｃｌｕｓｔｅｒ —ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｃｌｕｓｔｅｉｒｎｇｎｏｄｅｓｄｏｎｏｔｎｅｅｄｔｏ
ｍａｉｎｔａｉｎｌａｒｇｅｒｏｕｔｉｎｇｔａｂｌｅｓ，ｃｌｕｓｔｅｒｉபைடு நூலகம்ｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｄａｔａ．ＷＳＮｉｓｄａｔａ—ｃｅｎｔｒｉｃｎｅｔｗｏｒｋ，ＳＯ
ｃｌｕｓｔｅｒ —ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｓｈａｖｅｂｅｅｎａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｎＷＳＮｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｌｇａｏｒｉｔｈｍｓｏｒｆＷＳＮｓａｘｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｅａｌｓｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｓｅｃｌｕｓｔｅｒ—ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ，Ｃｌｕｓｔｅｒ—ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ，Ｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｅｌｅｃｔｉｏｎ，Ｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
３年９月第２０１２卷第期
网
络
新
媒
体
技
术
Ｖ０ＳＬ２Ｎｏ．５
ｅｐ．２０１３
无线传感器网络分簇路由协议综述
徐世武王平２施文灶２苏国栋２
（福建师范大学协和学院信息技术系福州３５０１０８
ＴｈｅＲｅｖｉｅｗｏｆＣｌｕｓｔｅｒ－－ｂａｓｅｄＲｏｕｔｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒ
ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ
ＸＵＳｈｉｗｕ，ＷＡＮＧＰｉｎｇ，ＳＨＩＷｅｎｚａｏ，ＳＵＧｕｏｄｏｎｇ
福州３５０００７）
福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室
摘要：无线传感器网络不同于传统的无线通信技术，传统的路由协议无法直接运用于无线传感器网络中，而分簇路由协议拓
扑结构简单，簇内成员节点无需维护大量的路由表，簇型的路由结构有利于数据的传输与融合处理，符合无线传感器网络以数据为中心，因此分簇路由协议成了国内外关于无线传感器网络路由协议研究的重点。本文详细分析了典型的分簇路由协议，并对这些协议进行了比较与分析，最后探讨了未来可能的发展趋势。关键词：无线传感器网络。分簇路由协议，簇首的选举，数据的传输与融合
（ＣｏｎｃｏｒｄＣｏｌｌｅｇｅＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＦｕｊｉａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ，
ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭｅｄｉｃｉｎｅｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
ＦｕｊｉａｎＮｏｍａｒｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮｓ）ｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇｔｒａｄｉｔｉｏｎｌａｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏ —