基于能量采集的油氣物聯網非均勻分簇算法

劉 苗,鐘曉曦,孫振興,徐 迪,賀 慶

(1.東北石油大學秦皇島校區 電子信息工程系,河北 秦皇島 066004；2.東北石油大學 物理與電子工程學院,黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

物聯網(IoT:Internet of Things)技術在無線傳感器網絡(WSN：Wireless Sensor Network)多通道傳感網絡的數據聚合和傳輸規劃方面具有巨大的潛力[1]。WSN由大量的傳感器節點組成,使其電池供電受到限制。傳感器節點隨機分布在監測區域內,其收集數據并通過單跳或多跳將信息傳輸到基站(BS:Base Station)[2-3]。數據經通信鏈路(如衛星或互聯網)由BS傳輸到終端系統[3-4]。由于其實施成本低,WSN被廣泛應用于各種領域,如工業、交通、農業、醫療、環境監測和智能家居等[5]。由于電池供電的傳感器節點能量有限,從而影響了WSN的質量、性能和壽命[6]。因此,降低傳感器能耗是WSN的熱點問題之一。

最初傳感器節點收集數據并直接向基站輸送數據,但這需要長距離通信,并導致較高的能量消耗,距離基站較遠的節點會過早死亡,嚴重影響網絡壽命[7-8]。因此,Singh等[9]和Heinzelman等[10]提出了層次型路由協議LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy),首次引入了節點聚類分簇的思想。該協議通過一個概率閾值選舉簇頭節點,通過周期循環的方式讓所有的節點都輪流充當簇頭節點。針對LEACH算法的缺點,學者們提出了LEACH-C、LEACH-E和CGA-LEACH等改進算法[11-12]。由于單跳傳輸存在能耗過高的缺點,目前通常大多采用多跳通信以節省能量[13]。然而,在多跳通信中,離基站較近的簇頭將承擔更多的轉發任務,這將導致簇頭的能耗過大,而且這些簇頭會比其他簇頭更快地耗盡能量,這就是網絡中的“熱區”問題。……