—123—
能量感知的无线传感器网络路由协议
徐敬东，李 淼，赵文耀，卢华君
(南开大学信息技术科学学院计算机科学与技术系，天津 300071)
摘 要：在无线传感器网络(WSN)中，如何实现数据转发的高效节能是WSN 路由协议的核心问题。在LEPS 路由协议基础上，引入能量感知机制，结合扩散延时方法提出EALB 路由协议。通过仿真实验验证了EALB 能有效减少冗余数据的发送，达到节能和节点间负载均衡、延长网络寿命的目的。
关键词：无线传感器网络；路由协议；负载均衡
Energy-aware WSN Routing Protocol
XU Jing-dong, LI Miao, ZHAO Wen-yao, LU Hua-jun
(Department of Computer Science and Technology, College of Information and Technical Science, Nankai University, Tianjin 300071, China) 【Abstract 】To make data transmission more energy-efficient is an essential design issue of Wireless Sensor Network(WSN) routing protocol. This paper proposes a new routing protocol: Energy-Aware and Load-Balance(EALB), which is based on Link Estimation and Parent Selection(LEPS) protocol and adopts energy-aware mechanism as well as broadcast delay method. Simulation results show that compared with LEPS, EALB reduces redundant data transmission and realizes the load balance. 【Key words 】WSN; routing protocol; load balance
计 算 机 工 程 Computer Engineering 第36卷 第18期
Vol.36 No.18 2010年9月
September 2010
·网络与通信·
文章编号：1000—3428(2010)18—0123—03
文献标识码：A
中图分类号：TP393
1 概述
无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成的自组织网络系统。WSN 中的路由协议[1]不仅要保证传感数据准确快速地传递到汇聚节点，还要保证数据传递的可靠性、高效性与节能性。
本文在LEPS(Link Estimation and Parent Selection)路由协议的基础上提出了EALB(Energy-Aware and Load-Balance)路由协议，引入能量感知机制，在节点选择父节点进行数据转发时不仅考虑路径距离和链路质量因素，还考虑了节点的剩余能量，从而在保证数据传输质量的前提下实现了节点间的负载均衡。并结合扩散延时方法，在拓扑建立过程中减少了冗余数据的发送，达到了节能的目的。
2 相关工作
WSN 中的路由协议根据网络结构的不同可以分为平面路由和层次路由2种。
在平面路由协议中，网络中每个节点的地位是平等的，当传感节点收到汇聚节点发出的查询数据请求时便判断自己是否持有该数据，如果有，便将数据向上汇报给汇聚节点。SPIN [2]协议中节点在发送数据前进行协商，当知道邻居节点需要该数据时再向其发送，在协商过程中使用元数据进行交互从而减少冗余数据的发送，达到节能目的。文献[3]提出的定向扩散协议也是平面路由协议的一种。
在层次路由协议中，网络被分为多个簇，每个簇由一个簇首节点和多个簇成员节点组成，簇首节点负责收集成员节点数据信息并进行数据融合操作，再将融合后的数据发送给汇聚节点。文献[4]提出的LEACH 协议能保证网络中的各个节点等概率地担当簇首节点，将能量负载平均分配给各个节点，达到节省能耗、延长网络寿命的目的。
LEPS 路由协议[5]是层次路由的一种，它建立了以汇聚节
点为根节点的树形拓扑，在拓扑建立阶段，每个节点选择到根节点跳数最小且链路质量最高的邻居节点作为父节点，并向其转发数据直到汇聚节点。但LEPS 忽略了能量因素，存在冗余数据发送及节点负载不均衡的缺点。本文在此基础上引入节点剩余能量的概念，提出了EALB 路由协议，在保证数据传输质量的前提下节省并均衡了能量消耗，延长了网络寿命。
3 EALB 路由协议
3.1 LEPS 路由协议
LEPS 协议是TinyOS 中使用的多跳路由协议，通过考虑节点到汇聚节点的跳步数以及节点的链路质量建立起以汇聚节点为根节点的树形拓扑结构。该协议分为拓扑建立阶段和路由维护阶段。
LEPS 协议以最小跳数为标准建立传感节点到汇聚节点的最短路径，减少了端-端延时，另外，以链路质量为依据选择父节点保证了数据传输的可靠性。但LEPS 没有考虑节点能量的限制，单纯以最小跳数作为选择父节点的首要标准，容易导致某些节点因频繁地被选为最优父节点而大大增加能耗，其余父节点却因得不到转发任务而不会消耗过多能量，从而导致相同跳数的节点间负载不平衡，缩短了网络生存期。 3.2 EALB 在拓扑建立阶段的改进
LEPS 协议在拓扑建立过程中，每个节点在更新自己的跳数后会在下一个广播周期到来时广播自己的跳数信息，如果该节点不久后再次更新了自己的跳数，那么之前发出的广播信息便是无效的，而且接收到这个广播后更新了跳数的子节
基金项目：天津市信息化基金资助项目(082044012)
作者简介：徐敬东(1965－)，女，教授、博士生导师，主研方向：网络路由协议；李 淼、赵文耀、卢华君，硕士研究生 收稿日期：2010-02-23 E-mail ：xujd@https://www.doczj.com/doc/f67306002.html,