無線傳感器網絡低能耗路由協議研究

摘 要：隨著新時代的到來，經濟飛速發展，人們的生活水平逐漸提高，信息化逐漸成為了時代的主題，科學技術日益發展，無線傳感器網絡作為科學技術的代表，逐漸融入了我們的生活中，各行各業幾乎都有不同程度的對無線傳感器網絡的應用。無線傳感器網絡的大范圍應用，也讓我們逐漸關注起路由協議，因為路由協議在無線傳感器網絡應用中起著至關重要的作用。在信息化飛速發展的今天，如何使低能耗路由協議與無線傳感器網絡相融合，如何使低能耗路由協議更好地為無線傳感器網絡服務，在新時代的今天，這值得我們去思考和討論。

關鍵詞：無線傳感器網絡；低能耗；路由協議

在信息化主導的時代，無線傳感器網絡因為大范圍的應用使其網絡節點數量急劇增加，太多的網絡節點使得在眾多信息傳播過程中，大量的通信資源給無線傳感器網絡帶來巨大能量消耗，所以，低能耗路由協議逐漸得到了我們的重視。低能耗路由協議想要與大規模的無線傳感器網絡想適應，需要分散其網絡節點，如何分散網絡節點，一般都采用拓撲控制法，其中比較常用的是分簇路由算法。因為分簇路由協議能夠有效分散網絡節點，讓過大的信息資源不帶動過多能量消耗。究竟如何將這種方法應用在大規模無線傳感器網絡中，如何讓大規模無線傳感器網絡在傳送大量信息資源時不消耗過大能量，使無線傳感器網絡與低能耗路由協議相適應。我們應該想到適合的解決措施。

1 具有代表性的無線傳感器網絡路由協議

1.1 低能耗自適應分簇型協議

所謂低能耗自適應分簇型協議，其優點就是能耗低，適應能力強，在這種無線傳感器進行工作時，進行分簇時可以進行有效的自我組織和自我適應，在選擇機制時也可以隨機進行選擇，不必拘泥于固定的模式。最為關鍵的，在這個耗能大的時代，低能耗的自適應分簇型協議顯得尤為重要。低能耗自適應分簇型協議一般在無線傳感器工作時分為四到五個簇，這些簇在進行工作時采用的是LEACH協議，LEACH協議可以對這四到五個簇點進行隨機選擇，每個傳感器都能保證至少分到一個簇點，這使得每個傳感器的節點能有效平均的分配整個工作網絡的能量，使得分簇型協議在工作時盡量降低其能量消耗。低能耗自適應分簇型協議第二個典型特點就是自適應性，低能耗自適應分簇型協議在運作時一般是循環工作的，有周期性的，在工作的每個周期中，又分為很多的次數，每次工作都重新對分簇節點進行隨機性選擇，選擇適應性強的節點，在每輪的簇首選擇中簇的建立和穩定傳輸階段是比較重要的組合部分。值得我們去給予重視。當然，這種低能耗自適應性分簇協議也存在著這樣那樣的問題，這些不足有待我們去解決。首先比較大的不足就是雖然選擇節點是隨機的，且選擇適應性強的，能有效分散能量，使能量消耗有所降低，但是，畢竟分簇行為是分為很多周期的，每個周期還分為很多次數，反復多次對節點進行重新建簇還是會帶來更多的能量消耗，有些得不償失。再者就是距離影響了能量的消耗。在低能耗自適應分簇型協議中，雖然對每個節點都有進行分簇，有效分散了能量，但是簇首節點和非簇首的節點并沒有在一起，這些節點的距離各不相同，有的離得過遠，在通信進行過程中還是會因為距離的問題消耗一部分能量。

1.2 低能耗鏈式結構分簇型協議

低能耗鏈式結構分簇型協議其特點也無外乎耗能低，且分簇結構采用鏈式結構。低能耗的特點與低能耗自適應分簇型協議無異，也是通過分散簇點，有效分散消耗的能量。這里的也是一樣的。對于鏈式結構，能夠很好的解決掉低能耗自適應分簇型協議的由距離因素導致的能量消耗問題。采用鏈式結構后，無論節點的距離遠近，在工作時都能將這些節點進行鏈式連接，并且還能夠根據節點信號儀發出的信號強度大小來辨別節點之間的距離遠近，盡量將離得較遠的節點裝得近一點，更利于信號的接收。鏈式結構連接的各個節點都可以以簇首的身份進行數據的傳輸，數據傳輸更高效。同LEACH協議一樣，低能耗鏈式結構簇型協議也有這樣那樣的問題。首先是低能耗鏈式結構分簇型協議是建立在理想化的基礎之上，節點之間距離過遠的問題還是沒有得到實際解決，離得過遠的節點在傳輸信號和數據時只能采用多跳的方式，信號的傳輸必然不會穩定。其次，低能耗鏈式結構分簇型協議對每個節點分配的能量安排不夠合理，也普遍是理想化的想法，認為每個簇點分配的能量大小一致，實際上有的節點分配的能量是遠不夠的，如果能量不足，這些簇點會慢慢脫離網絡控制甚至于消失在網絡中。這些不足都有待解決。

2 無線傳感器網絡低能耗路由協議的仿真模擬實驗

2.1 設置模擬仿真環境

想要研究無線傳感器的網絡低能耗路由協議的工作情況，必須對它進行仿真模擬實驗，多次比較，找出問題所在。仿真模擬實驗的第一步就是設置這個實驗需要的仿真模擬環境，在好的仿真模擬環境下進行實驗，能有效測試出低能耗自適應分簇型協議和低能耗鏈式結構分簇型協議的有效性。我們設置的仿真模擬環境可以是一個長寬合為100米的正方形區域，在這個正方形區域隨機地進行節點選擇，設置99個節點，并將這些節點的分布情況記錄在坐標軸上，讓每個節點都有其對應的坐標，在日后的實驗中可以根據節點坐標進行總結概括，這個網絡坐標也可以成為低能耗路由協議的網絡拓撲，這就是需要設置的仿真模擬環境。

2.2 設置模擬仿真實驗參數

想要研究無線傳感器的網絡低能耗路由協議的工作情況，相比較設置模擬實驗環境而言雖然設置仿真實驗參數沒有其重要，但是我們還是要給予足夠的重視。設置模擬仿真實驗參數的第一步是在建立仿真模擬環境的前提下，建立工作腳本，工作腳本的大概模式類似于網絡域名，利用建立模擬環境時設置的節點坐標，結合建立的工作腳本，設立符合實驗的參數，進而從參數中比對，分析出實際實驗中可能出現的問題原因。

3 無線傳感器網絡低能耗路由協議的仿真實驗結果分析

想要研究無線傳感器的網絡低能耗路由協議的工作情況，在設立完有效的模擬仿真環境和模擬仿真實驗參數以后，還要對仿真結果進行比對和分析，在仿真環境中設置的99個節點中，找出簇首節點，一般是（59，99）和（0，0），將簇首節點與各個節點的距離利用距離公式計算出來。將這些結果分析總結，形成一個合理的仿真計算式，通過這些計算式可以大概估計出來網絡中最優簇首的值是在二到五點五之間，在比對數據之后，得出簇首的數目，將簇首數目和每個節點所分散的能量大小關系做成一個新的坐標。在這個新的坐標中可以比對出整個網絡區域中每個節點分散的能量，可以看出低能耗自適應分簇型協議和低能耗鏈式結構分簇型協議哪個更適應無線傳感器的網絡低能耗路由協議的日常運行，分析對比來看，在網絡進行前180輪時，低能耗自適應分簇型協議能耗高于低能耗鏈式結構分簇型協議。后180輪中，后者耗用的能量高于前者。這些實驗能夠比對出能量消耗情況。一般網絡穩定后，簇間使用近距離通信，能量消耗相對較為穩定。

4 結束語

想要研究無線傳感器的網絡低能耗路由協議的工作情況，要積極對低能耗自適應分簇型協議和低能耗鏈式結構分簇型協議進行分析，總結出這兩種協議的益處和弊處。對兩種協議的不足要找出解決辦法，解決能量消耗的問題。以此為目的，要進行仿真模擬實驗，建立仿真模擬環境，設置仿真模擬參數，實驗后，還要積極對實驗數據進行總結比對，對低能耗自適應分簇型協議和低能耗鏈式結構分簇型協議進行改進，使整個無線傳感器網絡更低能耗，適應性更強。

參考文獻

[1]劉振宇.能量自適應的無線傳感器網絡分簇路由協議[J].計算機工程與設計，2010.

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