移動無線傳感網(wǎng)絡(luò)簇頭多跳路由協(xié)議

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1、移動無線傳感網(wǎng)絡(luò)簇頭多跳路由協(xié)議作者：張緒昌謝志軍何加銘來源：《移動通信》2013年笫06期【摘要】隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在移動環(huán)境小廣泛應(yīng)用，移動環(huán)境下降低能耗成了傳感網(wǎng)絡(luò)研究的熱點。通過研究移動環(huán)境下的各種路宙協(xié)議，并結(jié)合LEACH協(xié)議自身存在的問題，提出了一種支持移動的簇頭多跳的路由算法。該協(xié)議充分考慮了剩余能暈、速度和距離，以及簇頭選取和簇的構(gòu)成方法，提出新的權(quán)值函數(shù)，從而有效地支持節(jié)點移動。仿真結(jié)果表明，該協(xié)議有效地均衡了節(jié)點能耗，提高了能量利用率，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命?！娟P(guān)鍵詞】無線傳感網(wǎng)絡(luò)分簇多跳路曲算法移動性1引言

2、傳感器在計算和無線通訊中廣泛使用，如監(jiān)測外部環(huán)境，把感知的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用戶可以理解的信息。傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是冃前國際科學研究的熱點。隨著社會的發(fā)展，在很多的移動壞境應(yīng)用了無限傳感器，如海洋的監(jiān)測、移動車輛的監(jiān)測、動物的監(jiān)測等，因此研究移動環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)越來越重要［1-2］。傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動性帶來了許多問題。如傳感器節(jié)點在成功部署之后由于節(jié)點的移動隨時變換位置，很容易造成拓撲的變化；通信鏈路建立之后，節(jié)點移動很容易偏離最初的位置，從而導致連接斷裂、路由中斷；節(jié)點移動造成數(shù)據(jù)延遲發(fā)送；節(jié)點的移動造成路山建立的頻率增大，從

3、而増大能量的消耗，縮短了網(wǎng)絡(luò)生存吋間。因此針対移動環(huán)境設(shè)計支持移動性的路由I?辦議十分必要?；诜执氐穆酚蓞f(xié)議有很多。LEACH［3］的成簇思想貫穿于其后發(fā)展出的很多分簇路由協(xié)議屮，如TEEN［4］、PEGASIS［5］、APTEEN⑹都基于分簇的路由協(xié)議，但在移動性的支持上存在不足，尤其當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增人時，缺陷就更加明顯。M-LEACH⑺是慕于LEACH提出的支持簇頭和成員節(jié)點的移動協(xié)議，簇頭選取時考慮了節(jié)點剩余能量、位置及節(jié)點的移動速率，但沒有在簇的建立階段解決移動性問題。EMHR［8］算法是簇頭在數(shù)據(jù)傳輸時對以通過多

4、跳傳輸，根據(jù)權(quán)值確定下一跳簇頭，這樣EMHR協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中平衡負載和降低簇頭能量消耗，此協(xié)議主要是針對靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。分簇技術(shù)可以避免感知節(jié)點之間的信息傳輸，通過簇頭數(shù)據(jù)融合，減少數(shù)據(jù)冗余，減少發(fā)送數(shù)據(jù)量，降低能耗，更好地支持移動性。多跳傳輸技術(shù)是動態(tài)自組織，利用網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點動態(tài)建立和維持網(wǎng)絡(luò)連接。ft］于多跳技術(shù)的獨特性，無線傳感網(wǎng)絡(luò)多跳技術(shù)得到了極人的關(guān)注，大量信息表明多跳路由協(xié)議的能耗遠低于單跳路由協(xié)議。針對現(xiàn)有分簇路由屮存在的缺陷，木文提出新的支持移動的簇頭多跳路由算法，以降低能耗。2EM-CHMR算法基于LEA

5、CH-M算法，在感知節(jié)點移動且基站（BS）不移動的環(huán)境下，根據(jù)節(jié)點的移動信息進行分簇，分簇成功之后建立高效的多跳路徑，筆者提出能有效地支持移動性的簇頭多跳路由策略（EM?CHMR,Energy-efficientMobileClusterHeadMulti-hopsRoutingprotocol）。此路由策略中，簇首向基站傳輸數(shù)據(jù)引入了多跳路山機制，讓距基站較近的簇首適當承擔一些數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，把直接長距離通信變成間接的多次短距離通信，在支持移動下保證轉(zhuǎn)發(fā)簇首有充分的能量來進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。2」分簇的模型簇頭多跳的簡單模型

6、如圖1,模世中距離BS較遠的簇頭可以通過建立多跳路徑與BS通信，這樣可以降低自身的能量消耗。同時距離BS較近的簇頭不需要再進行多跳，對以肖接與BS進行通信。模型中感知肖點和簇頭都可以進行移動，但是BS是

7、占I定位置不移動；每個節(jié)點的移動速度大小都限制在-?定范忸內(nèi)；節(jié)點同構(gòu)，且初始能暈相同；傳感器節(jié)點得到的信息，可以使用GPS或其他位置檢測方案；傳感器節(jié)點的發(fā)射功率可以進行調(diào)節(jié)。路由算法屮利用文獻［9］提出的能屋消耗模型，節(jié)點發(fā)射kbit數(shù)據(jù)到距離為d的位置消耗的能量為：其屮，Eelec表示發(fā)端電路運算和處理每比特數(shù)據(jù)的

8、能耗；￡fs和wmp為放人器的系數(shù)；dO為臨界距離。2.2簇頭的選取簇頭選取算法是基于M-LEACH協(xié)議提出的，網(wǎng)絡(luò)模型是一個均勻的網(wǎng)絡(luò)，簇頭的數(shù)量確定方式與M-LEACH相同。根據(jù)簇頭數(shù)量把整個區(qū)域劃分為子區(qū)域，然后為每個區(qū)域選取簇頭。首先按照剩余能量利用閾值Eselect進行篩選，避免節(jié)點剩余能量不足造成早死現(xiàn)象。為了讓簇頭均勻分布并對蔡個傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)完全覆蓋，把整個區(qū)域分成M個子區(qū)域，在每一個子區(qū)域屮選取一個簇頭。假設(shè)第j子區(qū)域節(jié)點數(shù)Nj,每個節(jié)點坐標為（xi,yj）,速度為vi。簇頭的最佳位置SO計算方式如下：移

9、動方向用Bi（OO<0i<18OO）表示，意為節(jié)點i的移動方向和連接節(jié)點指向最佳位置的直線形成的夾角（速度和肖線的最小夾角）。最佳選擇則是節(jié)點移動方向是SO,即夾角越小越好。角度則是處理后的角度，其中Ot是角度閾值。如果簇頭移動速度過快則容易造成簇的破壞，移動速度慢則適合整個網(wǎng)絡(luò)的移動速度。式（4）表示節(jié)點i處理后的