劉一玨, 王 軍, 田 鹍

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是由大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信部署在監(jiān)控區(qū)域中形成的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)收集和聚集環(huán)境信息，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站進(jìn)行進(jìn)一步處理.許多領(lǐng)域，如軍事、航空、環(huán)境、醫(yī)療等都可以受益于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用[1-2].然而，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)仍面臨許多挑戰(zhàn).因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的能量非常有限，所以能量消耗是首要考慮的問(wèn)題.研究表明，分簇路由可以更好地降低傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，平衡網(wǎng)絡(luò)能量分布，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命[3-4].LEACH[5]是基于分簇路由協(xié)議提出的，該協(xié)議利用簇頭的隨機(jī)選擇，在網(wǎng)絡(luò)中的傳感器之間均勻地分配能量負(fù)載，有效地從全局角度減少能量耗散并提高網(wǎng)絡(luò)壽命.但該協(xié)議仍有許多不足之處[6-7].近年來(lái)，基于簇的路由協(xié)議不斷完善，提出了LEACH-C、HMR等[8-10].然而，這些分簇路由協(xié)議仍存在一些問(wèn)題，如簇頭開(kāi)銷過(guò)大、多跳傳輸不合理等，導(dǎo)致靠近基站的節(jié)點(diǎn)重載流量等.

LEACH的缺點(diǎn)是簇頭分布的不均勻?qū)е铝艘恍┚W(wǎng)絡(luò)區(qū)域的能量消耗過(guò)大以及可用性差.隨后提出了許多改進(jìn)意見(jiàn).LEACH-C[11]是一種基于LEACH的改進(jìn)版本，其使用基站來(lái)形成集群并減少節(jié)點(diǎn)在創(chuàng)建集群時(shí)的能量消耗；LEACH-CC[12]是一種基于功率的LEACH-C的改進(jìn)，其通過(guò)改變簇頭節(jié)點(diǎn)的范圍來(lái)平衡網(wǎng)絡(luò)的能量分布；LEACH-H[13]采用遺傳算法(GA)獲得簇首選擇的閾值公式，GA優(yōu)化了公式的3個(gè)因素，包括節(jié)點(diǎn)的剩余能量、鄰居的數(shù)量、節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離；基姆等[14]提出了一種利用新的概率函數(shù)確定每個(gè)回合中簇首數(shù)目的方案.上述協(xié)議改進(jìn)了具有中心控制機(jī)制和剩余能量的簇首選舉算法，還引入了其他參數(shù)來(lái)保證簇頭的良好分布.但由于存在節(jié)點(diǎn)間距離相對(duì)較長(zhǎng)的情況，所以數(shù)據(jù)傳輸會(huì)消耗大量的節(jié)點(diǎn)能量[15-17].

本文提出一種基于通信節(jié)點(diǎn)和多跳傳輸相結(jié)合的多因素自主聚類分簇路由MFACRP(mutile factors autonomous clutering routing protocol)協(xié)議.定義了2種主要節(jié)點(diǎn)：通信節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn).為減少簇首的負(fù)擔(dān)，采用通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼，實(shí)現(xiàn)多跳數(shù)據(jù)傳輸.當(dāng)選擇簇頭時(shí)，仔細(xì)考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量、節(jié)點(diǎn)位置和鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)等多個(gè)因素.新協(xié)議有效地減少節(jié)點(diǎn)的能量消耗，更好地平衡網(wǎng)絡(luò)的能量分布，并大大延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的壽命.實(shí)驗(yàn)評(píng)估表明采用多跳路由和雙功能節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的方法可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命.

1 系統(tǒng)假設(shè)和能量消耗模型

1.1 系統(tǒng)假設(shè)

不同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議有不同的應(yīng)用場(chǎng)景.MFACRP協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景具有以下特點(diǎn)：

(1)傳感器節(jié)點(diǎn)采用正態(tài)分布隨機(jī)部署在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，基站位于監(jiān)控區(qū)域之外.

(2)傳感器節(jié)點(diǎn)和基站在部署后位置固定，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量有限，基站的能量不受限制.

(3)傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收信號(hào)強(qiáng)度與節(jié)點(diǎn)間距離之間的關(guān)系確定監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的位置.

(4)傳感器節(jié)點(diǎn)周期性地收集檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站.

(5)每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線電發(fā)射機(jī)功率是可控的.節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)發(fā)射距離選擇無(wú)線電發(fā)射機(jī)的功率.

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)所提MFACRP協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景的描述，假設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且基站位于監(jiān)控區(qū)域之外.傳感器節(jié)點(diǎn)的位置隨機(jī)分布在監(jiān)視區(qū)域中，且基站位置固定.將N個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)二維正態(tài)分布[18]將其部署在監(jiān)視區(qū)域上.它被描述為

(1)

其中：(mi，ni)表示節(jié)點(diǎn)i的部署點(diǎn)；σm和σn分別是M維和N維的標(biāo)準(zhǔn)偏差；相對(duì)位置參數(shù)(m，n)作為該區(qū)域的中心點(diǎn).如圖1所示，以基站為中心，將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，以對(duì)應(yīng)于單跳和多跳傳輸.內(nèi)部和外部區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)通過(guò)分層方法被組織成許多局部聚類.每個(gè)簇中有簇頭和一些標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)(非簇頭節(jié)點(diǎn)).標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)收集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的信息并將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的簇頭.簇頭收集并聚合數(shù)據(jù)，然后根據(jù)它們所在的區(qū)域通過(guò)單跳或多跳傳輸將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給基站.中間通信節(jié)點(diǎn)用來(lái)中繼數(shù)據(jù)傳輸，平衡通信節(jié)點(diǎn)兩端節(jié)點(diǎn)的能量消耗，減輕簇頭的負(fù)載，降低簇頭節(jié)點(diǎn)的能耗.

圖1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.3 能耗模型

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其能耗模型[6]為

(2)

式中:Eelec為節(jié)點(diǎn)發(fā)送或接收單位數(shù)據(jù)所耗費(fèi)的電路能量,其大小受信號(hào)的編碼方式、處理以及傳播方式所影響；l為要發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(比特)；d為數(shù)據(jù)發(fā)送所經(jīng)過(guò)的有效距離(當(dāng)d

Erx(l)=lEelec.

(3)

此種模型是無(wú)線通信過(guò)程中采用的標(biāo)準(zhǔn)模型，通信過(guò)程中融合數(shù)據(jù)所消耗的能量不做考慮.

1.4 協(xié)議中的符號(hào)

為平衡所有節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗，需要獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)剩余能量的水平.引入下面的剩余能量估計(jì)方法來(lái)粗略估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)操作回合消耗的能量.

假設(shè)E0是網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始能量，引入常數(shù)R來(lái)表示無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理論運(yùn)行周期，每個(gè)回合中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均能量消耗定義為

(4)

在第r輪中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量定義為

(5)

其中：E(r)表示節(jié)點(diǎn)在每輪成功當(dāng)選為簇首的能量閾值，僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)的剩余能量大于閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)才會(huì)有機(jī)會(huì)被選擇為簇頭.

協(xié)議中還定義了節(jié)點(diǎn)到基站的平均距離的計(jì)算方法，用常數(shù)davg來(lái)表示.由于節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域，所以采用以中間為基準(zhǔn)的方法，將監(jiān)控區(qū)域中心到基站的距離作為平均距離.計(jì)算公式為

(6)

其中：(X,Y)表示基站的坐標(biāo)；(x，y)表示監(jiān)視區(qū)域中心的坐標(biāo).

Davg表示節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)的平均數(shù)目.計(jì)算公式為

(7)

其中：S表示所有的節(jié)點(diǎn)的集合；Ddgee(i)表示節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目.

2 MFACRP路由協(xié)議

MFACRP協(xié)議與現(xiàn)有的分簇路由協(xié)議類似，MFACRP協(xié)議也是采用一輪再一輪地不斷完善和修訂的簇頭和簇間數(shù)據(jù)傳輸路徑的過(guò)程.

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)首先執(zhí)行初始化過(guò)程，然后將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為單跳和多跳傳輸區(qū)域，接著進(jìn)行一輪再一輪的簇頭選取和簇間數(shù)據(jù)傳輸路徑優(yōu)化工作.每一輪MFACRP分為2個(gè)階段：聚類和穩(wěn)定傳輸.聚類階段包括選舉通信節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)；穩(wěn)定傳輸階段處理簇間多跳路由和數(shù)據(jù)傳輸.為了減少由聚類引起的額外能量消耗，穩(wěn)定傳輸階段應(yīng)遠(yuǎn)長(zhǎng)于聚類階段.MFACRP的工作過(guò)程如圖2所示.

圖2 工作時(shí)隙圖

2.1 協(xié)議初始化

在聚類階段，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)執(zhí)行初始化，根據(jù)節(jié)點(diǎn)到基站的距離，將網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視區(qū)域劃分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域.劃分內(nèi)外區(qū)域的目的是減少簇頭節(jié)點(diǎn)與基站數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄嚯x，平衡傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗.

在初始化期間，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)來(lái)估計(jì)自己與基站的距離.首先，基站向網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播消息，然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)估計(jì)自己與基站的距離.每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地決定它屬于哪個(gè)區(qū)域.如果節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離小于閾值，則節(jié)點(diǎn)屬于內(nèi)部區(qū)域，否則節(jié)點(diǎn)位于外部區(qū)域.這里將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大傳輸距離的一半作為劃分區(qū)域的閾值.

簇頭采用單跳或多跳傳輸，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)與基站之間的距離小于閾值時(shí)，多跳傳輸?shù)哪芰肯拇笥趩翁鴤鬏數(shù)哪芰肯?因此根據(jù)它們所在的區(qū)域向基站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù).在內(nèi)部區(qū)域中，由簇頭聚合的數(shù)據(jù)將通過(guò)單跳傳輸直接發(fā)送到基站，而外部區(qū)域中的簇頭將通過(guò)多跳傳輸將聚合數(shù)據(jù)發(fā)送到基站.

2.2 協(xié)議工作過(guò)程

為減輕個(gè)別簇頭的通信量可能過(guò)大的問(wèn)題，引入通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼和小區(qū)域的簇頭選擇.在簇頭選舉階段開(kāi)始時(shí)，通過(guò)閾值確定通信節(jié)點(diǎn)，然后由通信節(jié)點(diǎn)選擇簇頭.根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量和節(jié)點(diǎn)位置，優(yōu)化簇頭的選舉過(guò)程.通過(guò)改進(jìn)的簇頭選舉算法，可以保證簇頭的合理分布.

2.2.1 成簇階段

在MFACR協(xié)議中，進(jìn)行成簇時(shí)必須首先選擇通信節(jié)點(diǎn).通信節(jié)點(diǎn)的選舉算法采用與LEACH簇首選舉算法類似的算法，這樣能夠確保所選通信節(jié)點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)中分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)空白區(qū).通信節(jié)點(diǎn)作為多跳傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)選擇簇頭.每個(gè)節(jié)點(diǎn)在0和1之間產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，以決定是否成為通信節(jié)點(diǎn).只有當(dāng)隨機(jī)數(shù)小于閾值T(n)時(shí)，它才成為通信節(jié)點(diǎn).閾值T(n)計(jì)算公式為

(8)

其中：預(yù)定義參數(shù)p表示當(dāng)選為通信節(jié)點(diǎn)的概率；參數(shù)r表示當(dāng)前輪數(shù)；G是在上一輪中沒(méi)有被選擇為通信節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)集合,即當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)在此輪中作為通信節(jié)點(diǎn)，它就不能成為下一輪中的通信節(jié)點(diǎn).

簇頭由通信節(jié)點(diǎn)選出，而不采用傳統(tǒng)的基站選擇簇頭的方法.這樣保證了簇頭節(jié)點(diǎn)與通信節(jié)點(diǎn)的距離最優(yōu)且合理地分布在網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)還減少了在通信過(guò)程中與基站通信的能量消耗.

在選擇簇頭的過(guò)程中，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)向一定距離內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播消息，并從接收廣播消息的節(jié)點(diǎn)接收響應(yīng)消息.一旦非通信節(jié)點(diǎn)在本回合中接收到廣播消息，它們將向通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送它們的響應(yīng).響應(yīng)消息為

Rep[i,E(i),dtoBS(i),Ddgee(i)].

(9)

其中：i表示節(jié)點(diǎn)i的ID；E(i)表示節(jié)點(diǎn)i的當(dāng)前剩余能量；dtoBS(i)代表節(jié)點(diǎn)i與基站的距離，Ddgee(i)是節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù).

通信節(jié)點(diǎn)i分別計(jì)算出向其發(fā)送響應(yīng)消息的節(jié)點(diǎn)的閾值Gi(n)，然后選擇具有最大閾值的節(jié)點(diǎn)作為簇頭.閾值計(jì)算公式為：

(10)

式中：w1、w2、w3分別為節(jié)點(diǎn)剩余能量、與基站的距離、鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量3個(gè)因子的權(quán)重值；E(r)表示節(jié)點(diǎn)在第r輪中成為簇頭的能量閾值；davg表示所有節(jié)點(diǎn)與基站的平均距離；Davg表示所有節(jié)點(diǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)的平均數(shù)目.從公式(10)可以看出：剩余能量越大，與基站距離越近，鄰居節(jié)點(diǎn)越多，則節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇首的概率就越大.

在選擇簇頭之后，每個(gè)簇頭向網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)廣播成簇消息.在接收到消息之后，每個(gè)非簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)所接收信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)決定它加入哪個(gè)簇.同時(shí)，每個(gè)非簇頭節(jié)點(diǎn)需要向自身選擇的簇頭發(fā)送連接請(qǐng)求消息.一旦形成簇，簇頭便會(huì)創(chuàng)建TDMA調(diào)度，指定分配給簇中每個(gè)成員節(jié)點(diǎn)固定的通信時(shí)隙，并將此TDMA調(diào)度計(jì)劃廣播回簇中的每個(gè)成員節(jié)點(diǎn).

2.2.2 協(xié)議的二次聚類

圖3 二次聚類結(jié)構(gòu)

由于簇頭都是由通信節(jié)點(diǎn)選出，所以選出距離通信節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)作為新簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.這樣很大程度減少簇頭因頻繁傳輸數(shù)據(jù)而造成能量損耗，從而增加網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間.

2.2.3 穩(wěn)定傳輸階段

在聚類階段之后，穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸階段開(kāi)始.非簇頭節(jié)點(diǎn)在簇頭給它們分配的通信時(shí)間段內(nèi)將它們的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱仡^，數(shù)據(jù)將聚集在簇頭中，然后發(fā)送到基站.位于內(nèi)部區(qū)域的簇頭將直接將聚合數(shù)據(jù)發(fā)送到基站.而位于外部區(qū)域的簇頭將通過(guò)多跳傳輸將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給基站.通信節(jié)點(diǎn)被用作多跳傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn).

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

使用MATLAB驗(yàn)證MFACRP協(xié)議的性能，從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的剩余能量、存活節(jié)點(diǎn)數(shù)和死節(jié)點(diǎn)數(shù)等方面來(lái)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)壽命.實(shí)驗(yàn)比較了LEACH、LEACH-H、HMR和MFACRP的性能.

假設(shè)300個(gè)節(jié)點(diǎn)在邊長(zhǎng)300 m的正方形區(qū)域的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)分布，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)基站位于該區(qū)域之外，位于(350,350)的位置.仿真中的其他參數(shù)列于表1中.

簇頭選舉閾值公式中各因子的權(quán)重依次為W1=0.6，W2=0.27，W3=0.13.

表1 仿真參數(shù)

節(jié)點(diǎn)的剩余能量能夠反映網(wǎng)絡(luò)總能耗的狀態(tài)，所以可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的剩余能量來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)壽命.在運(yùn)行相同輪數(shù)的情況下，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的剩余能量越多，網(wǎng)絡(luò)能量利用效率越高.

在仿真實(shí)驗(yàn)中，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)生存周期從開(kāi)始到存活節(jié)點(diǎn)的數(shù)量小于總節(jié)點(diǎn)的10 %結(jié)束.因此穩(wěn)定期即為從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行開(kāi)始直到死亡節(jié)點(diǎn)的數(shù)目超過(guò)總節(jié)點(diǎn)的90 %時(shí).穩(wěn)定期越長(zhǎng)，協(xié)議的性能越好.

圖4顯示了在相同環(huán)境下，LEACH、LEACH-H、HMR和MFACRP在經(jīng)歷了相同輪次后的存活節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化趨勢(shì).在協(xié)議運(yùn)行過(guò)程中，協(xié)議的穩(wěn)定周期分別達(dá)到230輪、531輪、866輪和1 274輪.4種協(xié)議的生命周期分別為966輪、1 262輪、1 252輪和1 581輪.與LEACH協(xié)議相比，兩個(gè)改進(jìn)的協(xié)議LEACH-H和HMR可以有效地將網(wǎng)絡(luò)壽命延長(zhǎng)近31 %.而MFACRP的壽命可延長(zhǎng)64 %.在MFACRP協(xié)議中，穩(wěn)定傳輸階段期間采用通信節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^，這種改進(jìn)降低了節(jié)點(diǎn)與基站通信的能量消耗，并解決了簇頭的通信過(guò)載問(wèn)題.通信節(jié)點(diǎn)的引入有效地延長(zhǎng)了穩(wěn)定期.

圖4 節(jié)點(diǎn)數(shù)量對(duì)比

數(shù)據(jù)傳輸性能可通過(guò)基站接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量來(lái)證明.圖5顯示了在相同環(huán)境中相同運(yùn)行輪次下LEACH、LEACH-H、HMR和MFACRP協(xié)議的基站接收數(shù)據(jù)包數(shù)量變化趨勢(shì).

圖5 接收數(shù)據(jù)包對(duì)比

從圖5可以看出：隨著操作輪次的增加，基站在MFACRP協(xié)議中接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同輪次下其他協(xié)議接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量.在MFACRP中發(fā)送到基站的數(shù)據(jù)包大約在第 1 500 輪時(shí)飽和，同時(shí)基站大約接收了20 800個(gè)數(shù)據(jù)包.基站在LEACH、LEACH-H和HMR中接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量遠(yuǎn)小于MFACRP.因此，MFACRP協(xié)議可以顯著提高數(shù)據(jù)傳輸能力和交互能力，表明在相同的運(yùn)行環(huán)境中可以收集更多的數(shù)據(jù)并且提高網(wǎng)絡(luò)性能.

4 結(jié) 論

如何有效利用有限的節(jié)點(diǎn)能量來(lái)延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn).本文提出的MFACRP協(xié)議以減少傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量負(fù)載均衡，以及優(yōu)化簇頭的選擇.為了減少簇頭的能量開(kāi)銷，引入通信節(jié)點(diǎn)作為多跳傳輸?shù)闹欣^節(jié)點(diǎn)，通信節(jié)點(diǎn)同時(shí)負(fù)責(zé)選擇簇頭.為使簇頭選舉過(guò)程更加合理高效，在成簇完成后，對(duì)于重疊度較高的簇重新進(jìn)行聚類.為了適應(yīng)不同的傳輸方式，將監(jiān)控區(qū)域劃分為不同的區(qū)域，簇頭將采用單跳或多跳傳輸，根據(jù)它們所在的區(qū)域?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給基站.同時(shí)MFACRP協(xié)議利用局部最優(yōu)路徑構(gòu)造算法來(lái)有效減少多跳路徑中節(jié)點(diǎn)的能量消耗.仿真結(jié)果表明，該協(xié)議能夠提高節(jié)點(diǎn)的能量利用效率，有效地平衡網(wǎng)絡(luò)的能量分布，從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命.