《電子技術應用》
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異構傳感網(wǎng)基于圓環(huán)域的簇頭混合通信路由算法
來源：電子技術應用2012年第4期
江禹生， 鄧光忠， 管 芳
重慶大學 通信工程學院，重慶400044
摘要： 簇結構是減少無線傳感網(wǎng)能耗的基礎，針對經(jīng)典LEACH協(xié)議簇頭能耗不均衡的缺點，提出了一種適用于異構傳感網(wǎng)中的基于圓環(huán)域的簇頭混合通信的路由算法LEACH-RMC。該算法通過在監(jiān)測區(qū)劃分圓環(huán)域確定簇頭的等級，簇頭采用單、多跳結合通信方式均衡了簇頭的能耗。網(wǎng)絡中采用固定簇頭，節(jié)省了普通節(jié)點的硬件花費。實驗表明，新的算法明顯延長了網(wǎng)絡的生存期，均衡了簇頭的負載。
中圖分類號： TP393
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)04-0084-03
Ring-zone-based with cluster-heads’ hybrid communication routing algorithm for heterogeneous WSNs
Jiang Yusheng，Deng Guangzhong，Guan Fang
College of Communication Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China
Abstract： Clusters structure is the basis of decreasing WSNs’ energy consumption.According to the cluster-heads’ unbalance energy consumption in classical protocol LEACH, propose a routing algorithm LEACH-RMC,which ring-zone-based with cluster-heads’ hybrid communication modes applicable to heterogeneous WSNs. Make use of dividing the sensor field into some ring zones to determine the level of the cluster-heads, and combine single-hop and multi-hop to communicate which has balanced the energy consumption of the cluster-heads.Using fixed cluster-heads in the networks has saved hardware costs of normal nodes.The simulation results show that the new algorithm obviously extend the span of WSN’s lifetime and balance the load of the cluster-heads.
Key words : LEACH； ring-zone； energy balance； hybrid communication

    隨著物聯(lián)網(wǎng)應用熱潮的興起，作為其感知層的無線傳感網(wǎng)的路由技術成為新的研究熱點。無線傳感器節(jié)點是由電池供電，特殊的工作環(huán)境決定了節(jié)點電池的不可更換性。由于無線傳感網(wǎng)中部分節(jié)點的過早死亡會造成整個網(wǎng)絡通信的癱瘓，因此，節(jié)點的節(jié)能和能耗均衡是無線傳感網(wǎng)有效工作的前提。本文針對傳感器節(jié)點的這些限制，提出了一種異構網(wǎng)絡中基于圓環(huán)域的單、多跳結合的簇頭混合通信路由算法（LEACH-RMC）。通過均衡網(wǎng)絡的能量負載以整體達到增加網(wǎng)絡壽命的目的。

1 分簇路由與能耗不均衡性
    無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議分為平面路由和分層路由。分層路由可以有效地減少網(wǎng)絡的能量消耗[1]，許多能量高效的路由協(xié)議都是在簇結構的基礎上設計的。MIT的HEINZELMANZ W等人率先提出分層的LEACH協(xié)議[1]，它通過等概率周期性選擇簇頭，將整個網(wǎng)絡的能量負載平均分配到每個節(jié)點，以達到降低網(wǎng)絡能耗的目的。但LEACH不適合在異構網(wǎng)絡中使用。SMARAGDAKIS G等人在LEACH的基礎上提出了適用于異構網(wǎng)絡的SEP協(xié)議[2]，簇頭選舉以初始能量為參數(shù)，能量高的節(jié)點更多地當選簇頭，但它沒有考慮節(jié)點的剩余能量。卿利等人提出一種新的分布式能量有效成簇算法DEEC[3]，在SEP的基礎上考慮了節(jié)點的剩余能量,它能獲得比LEACH和SEP等算法更長的生存時間和吞吐量[3]。但是，這些協(xié)議都沒有最大化網(wǎng)絡的效益。首先，它們都采用簇頭輪換機制，每個節(jié)點都有機會擔當簇頭，因此所有節(jié)點都應具備必要的硬件條件；其次，在通信中使用的都是單跳，距離基站遠的簇頭將消耗更多的能量。相反，采用多跳通信，距離基站近的簇頭因為要轉發(fā)更多數(shù)據(jù)而存在更大的能量負載。因此網(wǎng)絡中總是存在不均衡耗能的模式。
2 異構網(wǎng)絡模型
2.1 網(wǎng)絡結構
    將監(jiān)測區(qū)看成是半徑為R的圓域，基站在圓心位置。節(jié)點隨機分布在圓域中，簇頭密度為?姿1，因此每個簇頭平均傳輸半徑為r1：





簇頭過早死亡造成網(wǎng)絡癱瘓。

 


    圖3是兩種協(xié)議在各輪次的總能耗比較。由圖明顯得到,200輪以前兩種協(xié)議均處于穩(wěn)定狀態(tài)，而 LEACH-RMC協(xié)議在每輪的能耗都比LEACH少,這說明LEACH-RMC協(xié)議均衡了網(wǎng)絡各輪次的能耗。

     在無線傳感網(wǎng)中，使用分簇然后引進一些強大的節(jié)點始終作為簇頭,能夠提高系統(tǒng)的性能，延長網(wǎng)絡生命周期而且節(jié)約了硬件花費。而混合通信模式有效地均衡了網(wǎng)絡的負載，延長了網(wǎng)絡的穩(wěn)定期。通過分析和實驗仿真，證明了LEACH-RMC協(xié)議比LEACH效果好。
參考文獻
[1] HEINZELMAN W, CHANDRAKASAN A, BALAKRISHNAN H. An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks [J]. IEEE Transactions on Wireless  Communications, 2002, 1(4): 660–670.
[2] SMARAGDAKIS G, MATTAI, B A. SEP: A stable election  protocol for clustered heterogenous wireless sensor networks[C]. Proceedings of the International Workshop on Sensor and Actor Network Protocols and Applications, Boston,USA.2004.
[3] 卿利,朱清新,王明文.異構傳感器網(wǎng)絡的分布式能量有效成簇算法[J].軟件學報, 2006,17(3):481-489.
[4] Li Min, Long Jun, Jian Pingyin. An efficient key management based on dynamic generation of polynomials for heterogeneous sensor networks[C]. 2010 2nd International Conference on Computer Engineering and Technology. 2010 IEEE:460-464.
[5] MACHADO R, ANSARI N, WANG G. Adaptive density  control in heterogeneous wireless sensor networks with and without power management[J]. IET Commun, 2010,4(7):758-767.
[6] Li Han. LEACH-HPR: An energy efficient routing algorithm for heterogeneous WSN[C]. Intelligent Computing and Intelligent Systems (ICIS), 2010 IEEE International Conference on, Oct. 2010(2):507-511.

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