無線傳感器網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議研究

摘 要：隨著新時代的到來，經(jīng)濟飛速發(fā)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(fā)展，無線傳感器網(wǎng)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(yè)幾乎都有不同程度的對無線傳感器網(wǎng)絡的應用。無線傳感器網(wǎng)絡的大范圍應用，也讓我們逐漸關注起路由協(xié)議，因為路由協(xié)議在無線傳感器網(wǎng)絡應用中起著至關重要的作用。在信息化飛速發(fā)展的今天，如何使低能耗路由協(xié)議與無線傳感器網(wǎng)絡相融合，如何使低能耗路由協(xié)議更好地為無線傳感器網(wǎng)絡服務，在新時代的今天，這值得我們?nèi)ニ伎己陀懻摗?/p>

關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；低能耗；路由協(xié)議

在信息化主導的時代，無線傳感器網(wǎng)絡因為大范圍的應用使其網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量急劇增加，太多的網(wǎng)絡節(jié)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(wǎng)絡帶來巨大能量消耗，所以，低能耗路由協(xié)議逐漸得到了我們的重視。低能耗路由協(xié)議想要與大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡想適應，需要分散其網(wǎng)絡節(jié)點，如何分散網(wǎng)絡節(jié)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(xié)議能夠有效分散網(wǎng)絡節(jié)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(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡中，如何讓大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡與低能耗路由協(xié)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(wǎng)絡路由協(xié)議

1.1 低能耗自適應分簇型協(xié)議

所謂低能耗自適應分簇型協(xié)議，其優(yōu)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(xié)議顯得尤為重要。低能耗自適應分簇型協(xié)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(xié)議，LEACH協(xié)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(jié)點能有效平均的分配整個工作網(wǎng)絡的能量，使得分簇型協(xié)議在工作時盡量降低其能量消耗。低能耗自適應分簇型協(xié)議第二個典型特點就是自適應性，低能耗自適應分簇型協(xié)議在運作時一般是循環(huán)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(shù)，每次工作都重新對分簇節(jié)點進行隨機性選擇，選擇適應性強的節(jié)點，在每輪的簇首選擇中簇的建立和穩(wěn)定傳輸階段是比較重要的組合部分。值得我們?nèi)ソo予重視。當然，這種低能耗自適應性分簇協(xié)議也存在著這樣那樣的問題，這些不足有待我們?nèi)ソ鉀Q。首先比較大的不足就是雖然選擇節(jié)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(shù)，反復多次對節(jié)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(xié)議中，雖然對每個節(jié)點都有進行分簇，有效分散了能量，但是簇首節(jié)點和非簇首的節(jié)點并沒有在一起，這些節(jié)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(xié)議

低能耗鏈式結構分簇型協(xié)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(xié)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(xié)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(jié)點的距離遠近，在工作時都能將這些節(jié)點進行鏈式連接，并且還能夠根據(jù)節(jié)點信號儀發(fā)出的信號強度大小來辨別節(jié)點之間的距離遠近，盡量將離得較遠的節(jié)點裝得近一點，更利于信號的接收。鏈式結構連接的各個節(jié)點都可以以簇首的身份進行數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸更高效。同LEACH協(xié)議一樣，低能耗鏈式結構簇型協(xié)議也有這樣那樣的問題。首先是低能耗鏈式結構分簇型協(xié)議是建立在理想化的基礎之上，節(jié)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(jié)點在傳輸信號和數(shù)據(jù)時只能采用多跳的方式，信號的傳輸必然不會穩(wěn)定。其次，低能耗鏈式結構分簇型協(xié)議對每個節(jié)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(jié)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(wǎng)絡控制甚至于消失在網(wǎng)絡中。這些不足都有待解決。

2 無線傳感器網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議的仿真模擬實驗

2.1 設置模擬仿真環(huán)境

想要研究無線傳感器的網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)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(huán)境，在好的仿真模擬環(huán)境下進行實驗，能有效測試出低能耗自適應分簇型協(xié)議和低能耗鏈式結構分簇型協(xié)議的有效性。我們設置的仿真模擬環(huán)境可以是一個長寬合為100米的正方形區(qū)域，在這個正方形區(qū)域隨機地進行節(jié)點選擇，設置99個節(jié)點，并將這些節(jié)點的分布情況記錄在坐標軸上，讓每個節(jié)點都有其對應的坐標，在日后的實驗中可以根據(jù)節(jié)點坐標進行總結概括，這個網(wǎng)絡坐標也可以成為低能耗路由協(xié)議的網(wǎng)絡拓撲，這就是需要設置的仿真模擬環(huán)境。

2.2 設置模擬仿真實驗參數(shù)

想要研究無線傳感器的網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議的工作情況，相比較設置模擬實驗環(huán)境而言雖然設置仿真實驗參數(shù)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(shù)的第一步是在建立仿真模擬環(huán)境的前提下，建立工作腳本，工作腳本的大概模式類似于網(wǎng)絡域名，利用建立模擬環(huán)境時設置的節(jié)點坐標，結合建立的工作腳本，設立符合實驗的參數(shù)，進而從參數(shù)中比對，分析出實際實驗中可能出現(xiàn)的問題原因。

3 無線傳感器網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議的仿真實驗結果分析

想要研究無線傳感器的網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議的工作情況，在設立完有效的模擬仿真環(huán)境和模擬仿真實驗參數(shù)以后，還要對仿真結果進行比對和分析，在仿真環(huán)境中設置的99個節(jié)點中，找出簇首節(jié)點，一般是（59，99）和（0，0），將簇首節(jié)點與各個節(jié)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(wǎng)絡中最優(yōu)簇首的值是在二到五點五之間，在比對數(shù)據(jù)之后，得出簇首的數(shù)目，將簇首數(shù)目和每個節(jié)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(wǎng)絡區(qū)域中每個節(jié)點分散的能量，可以看出低能耗自適應分簇型協(xié)議和低能耗鏈式結構分簇型協(xié)議哪個更適應無線傳感器的網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議的日常運行，分析對比來看，在網(wǎng)絡進行前180輪時，低能耗自適應分簇型協(xié)議能耗高于低能耗鏈式結構分簇型協(xié)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(wǎng)絡穩(wěn)定后，簇間使用近距離通信，能量消耗相對較為穩(wěn)定。

4 結束語

想要研究無線傳感器的網(wǎng)絡低能耗路由協(xié)議的工作情況，要積極對低能耗自適應分簇型協(xié)議和低能耗鏈式結構分簇型協(xié)議進行分析，總結出這兩種協(xié)議的益處和弊處。對兩種協(xié)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(huán)境，設置仿真模擬參數(shù)，實驗后，還要積極對實驗數(shù)據(jù)進行總結比對，對低能耗自適應分簇型協(xié)議和低能耗鏈式結構分簇型協(xié)議進行改進，使整個無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡分簇路由協(xié)議[J].計算機工程與設計，2010.

[2]李成法.基于非均勻分簇的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議[J].計算機學報，2007.