基于博弈论的无线传感器网络非均匀分簇路由算法
推荐到首页
--------------------------------------------------------------------------------
□衷柳生程良伦《计算机应用研究》2009年第05期
1/6页12 3 (6)
(广东工业大学自动化学院广州510006)
摘要:为了有效解决无线传感器网络路由节能问题,引入了博弈理论思想,提出了一种基于博弈论的无线传感器网络非均匀分簇节能路由算法UCEER。仿真实验结果表明,该算法解决了节点能耗分布不均的难题,体现出了其自适应调整簇首、调节节点负荷、延长网络平均寿命的能力,保证了路径的可靠度。
关键词:无线传感器网络;博弈论;路由;非均匀分簇;节能
中图分类号:TP393文献标志码:A
文章编号:1001-3695(2009)05-1865-03
Unequal clustering energy economical routing algorithm
based on game theory for WSN
ZHONG Liu sheng CHENG Liang lun
(Facaulty of Automation Guangdong University of Technology Guangzhou 510006 China) Abstract:In order to efficiently solve the problem of rooting,this paper introduced the thinking of game theory and presented UCEER algorithm for wireless sensor networks. Simulation results show that the routing algorithm efficiently balances the energy consumption of nodes in wireless sensor networks prolongs the network lifetime and guarantees the path reliability.
Key words:wireless sensor networks; game theory; routing; unequal clustering; energy economical
0 引言
随着传感器技术和通信技术的发展,无线传感器网络技术开始提出,并因其应用的广泛性而得到越来越多的重视。无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络它采用Ad hoc方式配置大量微型的智能传感节点通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息[1]。该网络功耗低、成本低、体积小;集数据采集、处理、传输于一体具有自组织特性和高抗毁能力在地理环境监测、灾害预报、医疗保健、工业生产过程监测、恶劣环境监测、军事侦察等方面具有广阔的应用前景[2]。无线传感器网络中传感器节点的能量资源、计算能力和带宽均非常有限,且节点十分密集,设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的首要问题。路由协议是网络节点相互通信的基础,无线传感器网络路由协议负责寻找一条传输路径将数据分组从数据源节点通过网络多跳转发至目标节点[3]。设计合理的路由协议对降低及平衡网络中节点的能耗,延长网络的存活时间有着重要意义。
本文引入博弈理论思想,设计了一种非均匀分簇节能路由协议。尽管针对基于博弈论的路由协议已经有了一定的研究,然而大部分路由协议,如文献[4,5]均针对平面型网络而设计;
针对无线传感器网络分层型路由的研究中,文献[6]设计了一种动态、能量有效的层次分簇算法,该算法仅考虑了节点能量,并没有同时考虑节点在网络中的分布,具有一定的局 限性。
本文所提出的非均匀分簇节能路由算法(unequal clustering energy economical routing,UCEER)在无须任何定位装置或定位算法的前提条件下,综合考虑节点剩余能量、路径的可靠度以及节点在网络中的分布,选出具有较高能量,且簇内传输损耗较小的节点作为簇首,从而延长整个传感器网络的生命 周期。
1 无线传感器网络动态路由博弈模型
1.1 博弈论简介
博弈论以决策主体的理性为分析的出发点,研究交互式条件下最优理性决策,即决策主体的偏好能获得最大满足时的策略。如果仅有一个决策主体,即简单的解约束条件下的最优化问题。而在多人参与的博弈中,一个决策主体行为动机还取决于其他决策者的行为。
一个博弈的基本要素包括参与者、行动、信息、策略、支付和均衡。其中,信息是参与者在博弈中所掌握的全部知识,参与者的信息会随时间的变化而改变;策略是参与者选择行动的规范,它指导参与者如何行动;支付是博弈中参与者的期望效用;均衡是所有参与者最优策略的组合[9]。
1.2 节点的理性偏好
由于本文所关注的是路径的可靠度、网络能耗和生存期,希望节点在合作选路的过程中能联合优化这三个性能。为实现这个目标,每个节点的理性偏好必须与此一致。本文规定每个节点的理性偏好如下:
a)自己发送的数据能可靠地传送到sink节点,这些数据包括节点本身产生的本地数据和通过自己中转的数据。
b)自己能活得久。这是为了避免某些位于关键位置(如从源节点到sink节点的最短路径上)的节点由于频繁地参与转发数据而过度消耗自己的能量。这些节点过早的死亡会降低网络的覆盖率并缩短网络的生存期[9]。
1.3 博弈路由模型
基于以上节点的理性偏好,为了联合优化路径的传输可靠度、网络能耗和生存时间,本文给出了用扩展式表述的博弈为这个动态路由过程建模:
a)参与者集合。该博弈的参与者是网络中任何一个存活的节点,设参与者的个数为 n 。b)参与者的行动顺序。该博弈由有本地数据要传的源节点发起,源节点先选择一个合适的邻居节点作为下一跳节点,并向其发送路由请求,收到该路由请求的邻居节点再开始采取相应的行动(如是否接收路由请求)。该决策过程一直持续到sink被选为下一跳节点为止。这个过程可以划分为多个阶段,第一个阶段只有那些有本地数据要传的源节点行动,其余阶段由收到了路由请求的节点行动。
c)参与者的行动空间。包含两类行动,即不参与传递数据和参与传递数据并继续向一个邻居节点发送路由请求。源节点这类参与者的行动空间只包含第二类行动。令参与者 i 的第二类行动用集合 L i=(l i1 ,…,l ij ,…,l im ), l ij ∈(0,1) 来表示。其中: m 表示参与者 i 可选的下一跳邻居节点个数。为了避免路由环路,这 m 个邻居节点不包括发送路由请求给 i 的那个节点。 l ij =1表示节点 i 选择邻居节点 j 作为下一跳节点,而 l ij =0表示节点 i 未选择邻居节点 j 作为下一跳节点。这里,仅考虑纯策略空间的情况,此时,向量L i 中最多只有一个值为1,其余都为0,即节点 i 只能选择一个邻居节点转发数据。由于每个参与
者的邻居节点个数均有限,纯策略空间的博弈中参与者的行动空间是有限的。
d)参与者的信息集。这个信息集随时间而变化。其中主要的信息包括参与者对邻居节点和环境的知识,需要转发的数据量,自己的剩余能量等。
--------------------------------------------------------------------------------
注:请下载安装Acrobat Reader 软件后点击下面的链接阅读。
阅读PDF原文:123
--------------------------------------------------------------------------------
e)参与者的支付函数(payoff)。博弈中参与者的每个行动都会为该参与者带来一定的效用,该效用由参与者效用支付函数来描述。由于博弈中参与者的策略和行动均相互依赖,每个参与者的效用均与其他参与者策略有关。设博弈中任一组策略组合为 s=(s 1,s -i ) 。其中: s i 表示参与者 i 的策略; s -i =(s 1,…,s i-1 ,s i+1 ,…,s n) 表示其他参与者的策略。该策略组合下参与者 i 的payoff用 U i(s i,s -i ) 来表示,其由 i 的收益 B i(s i,s -i )和代价C i(s i,s -i ) 两部分组成。
B i(s i,s -i )=R up ×R ij ×R j (1)
其中: R up 是从源节点到sink节点的传输可靠度; R ij 是节点i与邻居节点j 之间传输可靠度; R j是第j 个邻居节点到sink的传输可靠度。
C i(s i,s -i )=(E rx i+E tx i)×F i/(LP i+LP j) (2)
其中: E rx i为节点i 接收单位比特数据的能耗; E tx i为节点i 发送单位比特数据的能耗; F i为节点i 中转的数据量; LP i为节点i 的剩余能量; LP j为节点j 的剩余能量。根据式(1)(2)可得到一个联合优化传输可靠度、网络的能耗与生存期的参与者payoff函数如下:
U i(s i,s -i )=R up ×R ij ×R j×(LP i+LP j)/[(E rx i+E tx i)×F] i参与传递数据
0其他 (3)
2 UCEER路由协议
在无线传感器网络中,路由算法需要尽可能地保证单个节点与整个网络同时得到能量优化,从而延长网络寿命,而两者的优化是相互依存又彼此矛盾的。单个节点的能量最优化策略将减少节点之间的合作,增加节点直接与sink节点进行数据传输的次数,这对于网络能量节省是十分不利的;而网络能量最优化策略可能由于过度使用某些热点节点,而使这些热点节点能量过早耗尽,从而影响网络的整体传输性能。为了解决路由算法中整体与个体的矛盾,本文提出了新的路由算法——基于博弈论的无线传感器网络非均匀分簇节能路由算法
UCEER。
图1为UCEER路由协议的示意图。其中,大小不等的圆表示簇首节点的大小非均匀的竞争范围;带箭头的线表示簇首间的多跳数据传输。该路由协议利用非均匀的竞争半径,使靠近sink节点的簇成员数目相对较小,从而簇首能够节约能量以供数据转发使用,达到均衡簇首能量消耗的目的。
根据第1章的无线传感器网络动态路由博弈模型,给出了具体的非均匀分簇节能路由的决策过程:
a)利用博弈思想建立网络模型,包括参与者集合 S ;所有节点在某时刻的策略所构成的策略集 L ,以及节点 i 成为簇首时的支付方程 U 。
b)每一个节点建立邻节点信息集合,并广播其 U 值。
c)接收到邻节点 U 值的节点,将其与自身 U 值进行比较,然后将大于自身 U 值的邻节点记录到邻节点的信息集合中。
d)如果节点的邻节点信息集为空,则自动成为簇首,并广播簇首选择信息;接收到一个或多个簇首选择信息的节点,发送归属信息加入 U 值最大的簇首所在的簇,此时若多个簇首选择信息中的簇首节点具有相同的 U 值,则随机选择一个作为归属簇并发送归属信息。
e)如果传感器节点收到了来自自身邻节点信息集合中某个节点发送的归属信息,却没有收到任何簇首选择信息,则表明该节点不在任何已生成簇首的传输范围之内,该节点将由邻节点信息集中删去已有归属簇的邻节点,并回到d)。
f)当所有参与者均决定自身归属簇策略后,分层式路由建立,并开始数据传输。
由以上步骤可以看出,本算法中的均衡与传统的纳什均衡有所不同。首先本路由算法中的博弈为扩展式博弈中的多阶段可观察行动博弈,在整个过程中,博弈分阶段进行,所有参与人在某一阶段选择策略行动时均知道所有相关参与人在以前阶段所选择的行动;其次所有参与者在选择行动时均根据所有相关参与人的历史行动策略以及相关信息作出策略选择;再次该多阶段博弈的策略组合在每一个阶段均为纳什均衡;而最终策略组合为完美子博弈均衡。
3 仿真结果与分析
为了检验UCEER的性能,本文使用NS 2网络仿真器分别对UCEER、LEACH协议进行仿真,通过仿真结果比较其性能。主要仿真参数设置如表1所示。
为简单起见,假设采用理想的MAC协议,忽略无线链路中可能发生的丢包错误。实验中统计传感器节点接收数据、融合数据和发送数据所消耗的能量,计算网络的存活时间(用轮数表示),来分析协议的能量效率。
笔者从实验中随机选取10轮,统计各轮中所有簇首消耗的能量之和,结果如图2所示。从图中可以看出,UCEER的簇首消耗的能量远小于LEACH的簇首所耗能量。LEACH 的簇首能耗之和之所以较高,是因为LEACH的簇首采用单跳的方式发送数据到sink节点,且LEACH没有控制簇首在网络中的分布,因此簇首能耗之和有明显的波动。而在UCEER中显著地降低了能耗,是因为其采用博弈理论控制策略使得簇首分布较为合理,使得每一轮簇首能耗之和变化较小,有利于延长网络寿命。
图3显示了UCEER和LEACH两种算法的网络存活节点数随时间变化的情况。从图中可以看出,无论是第一个节点死亡的时间还是最后一个节点死亡的时间,UCEER算法均优于LEACH,可见其有效地延长了无线传感器网络的寿命。且UCEER中从第一个节点死亡到最后一个节点死亡的时间跨度很小,这说明在UCEER路由协议中引入博弈理论来控制簇
首分布的策略较好地均衡了网络节点能耗,从而高效地利用了网络中有限的能量,延长了网络生存期。
4 结束语
目前传感器网络仍存在很多相关技术问题值得研究。其中,路由技术特别是以降低能耗为目标的节能路由技术是无线传感网络设计的关键之一。
本文提出了一种基于博弈论的无线传感器网络非均匀分簇节能路由算法:通过对LEACH算法的分析可以看出,它是一种比较高效节能的网络分簇算法,其不足之处在于它随机选举簇首的方式破坏了网络的负载均衡性,导致网络寿命的缩短和传输吞吐量的降低;而通过本文的基于博弈论的非均匀分簇策略,解决了节点能耗分布不均的难题。该算法体现出了其自适应调整簇首、调节节点负荷、延长网络平均寿命的能力。通过仿真结果分析,可以看出该算法具有如下特点:
a)算法是完全分布式的;
b)算法能够提高全网的数据传输吞吐量;
c)算法能够达到时间同步的要求。
经分析和仿真验证,本文算法比LEACH算法减少了近40%的能量消耗。
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动
Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers
ＩＳＳＮ１０００．９８２５．ＣＯＤＥＮＲＵＸＵＥＷ ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ，Ｖ０１．１７，Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ２００６，ＰＰ．１５８８—１６００ ＤＯＩ：１０．１３６０／ｊｏｓｌ７１５８８ ＠２００６ｂｙＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ．Ａｌｌｒｉｇｈｔｓｒｅｓｅｒｖｅｄ． 无线传感器网络分簇路由协议水 沈波＋，张世永，钟亦平 （复旦大学计算机与信息技术系，上海２００４３３） Ｃｌｕｓｔｅｒ－ＢａｓｅｄＲｏｕｔｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒ ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ ＳＨＥＮＢｏ＋，ＺＨＡＮＧＳｈｉ—Ｙｏｎｇ，ＺＨＯＮＧＹｉ—Ｐｉｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３３，Ｃｈｉｎａ） ＋Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：Ｐｈｎ：＋８６—２１—６５６４３２３５，Ｅ—ｍａｉｌ：０４２０２１１６５＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃａ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃａ Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｏｓ＠ｉｓｃａｓ．ａｃ．ｃｎｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｏｓ．ｏｒｇ．ｃａＴ乩，Ｆａｘ：＋８６．１０—６２５６２５６３ ＳｈｅｎＢ，ＺｈａｎｇＳＹ，ＺｈｏｎｇＹＰ．Ｃｌｕｓｔｅｒ－Ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ，２００６，１７（７）：１５８８—１６００．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｏｓ．ｏｒｇ．ｃｎ／１０００－９８２５／１７／１５８８．ｈｔｍ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｔｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｌａｙｅｒｉｓｐｉｖｏｔａｌｉｎｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ａｓａｎａｃｔｉｖｅｂｒａｎｃｈｏｆｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｌｕｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｓｅｘｃｅｌｉｎｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｅｎｅｒｇｙｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｄａｔａａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄＳＯｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｃｌｕｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｃｌｕｓｔｅｒｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｒｅｔｈｒｅｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｃｌｕｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．Ａｓｖｉｅｗｅｄｆｒｏｍｔｈｅｔｈｒｅｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｒｅｃｅｎｔｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｃｌｕｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｓｕｅｓｉｎｔｈｉｓａｒｅａａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ；ｃｌｕｓｔｅｒ－ｂａｓｅｄｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｃｌｕｓｔｅｒ；ｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄ 摘要：在无线传感器网络体系结构中，网络层的路由技术至关重要．分簇路由具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点，成为当前重点研究的路由技术．分析了无线传感器网络分簇路由机制，着重从簇头的产生、簇的形成和簇的路由角度系统地描述了当前典型的分簇路由算法，并比较和分析了这些算法的特点和适用情况．最后结合该领域当前研究现状，指出分簇路由算法未来的研究重点． 关键词：无线传感器网络；分簇路由协议；簇；簇头 中图法分类号：ＴＰ３９３文献标识码：Ａ 作为一种新的信息获取方式和处理模式，无线传感器网络（ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ，简称ＷＳＮ）Ⅲ目前已成为国内外备受关注的研究热点． 作为一种典型的普适计算（ｐｅｒｖａｓｉｖｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）应用，ＷＳＮ通过大量部署在监测区域内的传感器节点，采集网络覆盖区域内感知对象的信息，通过多跳的无线通信方式，将收集、处理后的信息提供给终端用户．ＷＳＮ不需要固定的网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点，可广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗监护、农业养殖和其他商业领域，以及空间探索和灾难抢险等特殊领域【２，３】． ?Ｒｅｃｅｉｖｅｄ２００５—１２—２０；Ａｃｃｅｐｔｅｄ２００６—０２—２３
基于粒子群优化的非均匀分簇路由算法 摘要:为了解决无线传感器网络分簇路由算法中存在的“热区”问题和簇头选取问题，设计了一种自适应粒子群优化的非均匀分簇路由算法。首先通过候选节点与汇聚节点之间的距离计算竞争半径并构造出大小不等的多个簇，然后根据簇规模引入优化的粒子群算法，评价节点剩余能量和节点之间的距离等因素选取最终簇头，以剩余能量较多的簇头作为下一跳，形成以汇聚节点为根节点的多跳路由。仿真结果表明，与leach算法和eeuc算法相比，所 提算法网络生存期分别延长了34%和16%,平均能量消耗分别减少了22%和12%，有效地减少了网络节点的能量消耗。 关键词:无线传感器网络；非均匀分簇路由算法；粒子群优化算法；能量消耗；生存期 中图分类号: tp393.07 文献标志码:a abstract: to deal with the “hot area” problem and cluster heads selection in clustering routing algorithm of wireless sensor network (wsn), the paper designed an uneven clustering routing algorithm based on adaptive particle swarm optimization (pso). firstly, according to the distance between candidate nodes and sink node, the competitive radius was calculated and clusters of various sizes were constructed. then this paper introduced the pso according to the cluster size. the pso was used to select the final cluster heads by
基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1
基于最小生成树的非均匀分簇路由算法 摘要:发现现有的针对非均匀分簇路由算法没有充分考虑簇首 与基站之间最优路径选择,而导致传输路径上的能量消耗不均衡的问题。为了更好地均衡传输路径上节点能量的消耗,提出了基于最小生成树的非均匀分簇的路由算法。该算法利用节点剩余能量和节点到基站的距离选举簇首,然后通过建立最小生成树搜寻最优传输路径,这样可以减少传输路径上的能量消耗,有效地解决能耗不均 衡问题。理论分析和实验结果均表明,该算法无论在存活节点个数还是在能量消耗上都明显优于eeuc算法和ebca。 关键词: 簇首;非均匀分簇;不均衡;剩余能量;最小生成树 uneven clustering routing algorithm based on minimum spanning tree zhang ming cai*, xue an rong, wang wei ( school of computer science and telecommunication engineering, jiangsu university, zhenjiang jiangsu 212013, china ) abstract:
the existing uneven clustering routing algorithms do not consider the optimal path selection between cluster heads and base station, which leads to unbalanced energy consumption. in order to balance energy consumption of transmission paths, this paper proposed an uneven clustering routing algorithm based on minimum spanning tree. the algorithm utilized residual energy of nodes and the distance between nodes and base station to select cluster heads, and then generated minimum spanning tree to search the optimal transmission paths, which reduced energy consumption on the transmission paths and effectively solved unbalanced energy consumption. the theoretical analysis and experimental results show that the algorithm is better than the existing energy efficient uneven clustering (eeuc) and energy balancing clustering algorithm (ebca) in terms of the number of live nodes and energy consumption. key words: cluster head; uneven clustering; unbalanced; residual energy; minimum spanning tree 0 引言 无线传感器网络(wireless sensor network, wsn)作为新兴的网
一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。
总第246期2010年第4期 计算机与数字工程 Computer&Digital Engineering Vol.38No.4 49 基于L EACH的无线传感器网络分簇路由算法3 白凤娥 牟汇慧 姜晓荣 (太原理工大学计算机与软件学院 太原 030024) 摘 要 路由协议是无线传感器网络的重要组成部分之一,而路由算法在路由协议中起着至关重要的作用。文章在L EACH算法基础上,提出一种改进的路由算法,改进后的算法采用相对固定的成簇方式,每隔一轮重新构建簇。利用图论中的prim算法,选择每轮中P ed最大的簇头作为根节点,在簇头节点之间构造树形路由,簇头之间以多跳方式将收集到的数据发送到根节点,然后通过根节点将整个网络收集到的数据发送到基站。仿真结果表明,与L EACH算法相比,改进算法降低了能耗,有效延长了网络生存周期。 关键词 无线传感器网络;L EACH算法;分簇;生命周期 中图分类号 TP393 L EACH2Based Clustering Routing Algorithm for Wireless Sensor Networks Bai Fe ngπe M ou Huihui J ia ng Xiaorong (College of Computer and Software,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024) Abs t rac t Routing protocol is an important part of wireless sensor network and the routing algorithm plays a crucial role in the routing protocol.Based on L EACH algorithm,this paper presents a novel clustering algorithm in which clusters are relatively fixed and the nodes re2organize themselves into new clusters every other round.It utilizes the Prim algorithm in the graph theory to form tree routing among cluster2head nodes,and selects the cluster2head with the largest P ed as the root node.The cluster heads send data to the root node in a multi2hop manner and the root node then sends the gathered data by the whole network to the base station.Simulation results show that compared with L EACH,the improved algorithm can re2 duce the energy consumption and prolong the lifetime of the network. Ke y Words wireless sensor network,L EACH algorithm,clustering,lifetime Class Nu m ber TP393 1 引言 无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)是监视远程环境的有力工具之一,它的基本功能是收集并返回传感器节点所在监测区域的信息。由于工作环境和自身构造的限制,传感器节点一般是电池供电,并且节点的更换和充电也较难实现。因此,降低节点能耗,延长网络生命周期是无线传感器网络传输机制的一个主要研究目标[1]。 网络数据传输离不开路由协议,路由协议对网络的整体性能有重要影响,因此,作为无线传感器网络核心技术之一的路由协议一直是研究的热点。路由算法在路由协议中起着至关重要的作用,无线传感器网络中的路由算法从网络逻辑结构角度可以分为平面路由和层次路由。层次路由算法是无线传感器网络路由算法的研究重点,其中,L EAC H 算法[2～3]是比较具有代表性的层次型路由算法。 本文在L EAC H算法的基础上,介绍一种改进的路由算法,改进算法的成簇方式相对固定,减少了构造簇的能量消耗。簇形成之后,在簇头间构造最小生成树,簇间通过多跳方式通信,降低了簇头节点之间长距离通信的能耗。 3收稿日期:2009年11月2日,修回日期:2009年12月5日 作者简介:白凤娥,女,教授,硕士生导师,研究方向:计算机控制与嵌入式系统,无线传感器网络。牟汇慧,女,硕士研究生,研究方向:嵌入式系统与无线自组网络。姜晓荣,女,硕士研究生,研究方向:嵌入式系统与无线自组网络。
一、填空题： 第一章 1、电磁波是由同相震荡且相互垂直的（电场和磁场）在空间以波的形式传递能量和动量，其传播方向垂直于（电场和磁场）构成的平面。 2、信道可以从狭义和广义两方面理解，狭义信道即（信号传输的媒质），分为（有线信道）和（无线信道）；广义信道按功能可以分为（模拟信道）和（数字信道）。 3、构成无线传感器网络的关键技术包括（Zigbee技术）、（RFID 技术）、（GPRS技术）、（WIFI技术）等。 4、构成物联网体系结构的三个层次分别是（感知层）、（网络层）和（应用层）。 5、无线传感器网络由（传感器节点）（汇聚节点）（任务管理节点）等几部分构成。 6、无线传感器网络是大量的传感器节点以（自组织）或者（多跳）的方式构成的无线网络。 7、无线传感器网络协议栈主要分为五层：（物理层）（MAC层）（网络层）（传输层）和（应用层）。 第二章： 1、模拟调制的调制方式分为（AM）、（FM）、（PM）。 2、数字调制的调制方式分为（ASK）、（FSK）、（PSK）。 3、物理层帧由（同步头）、（帧长度）和（PHY负载）构成。
4、扩频通信方式有（DS）（FH）（TH）和（Chirp） 5、（ISM）频段是对所有无线电系统都开放的频段，发射功率要求在1W以下，无需任何许可证。 6、造成多径传播的原因主要有（反射）（散射）（衍射）和（折射） 7、扩频通信的理论基础来源于（香农）公式 8、光纤通信、卫星通信和（扩展频谱通信）一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 9、无线传感器网络的物理层遵循（IEEE802.15.4）标准。 10、物理层实体主要包括（基带处理电路）、（射频前端电路）和（传输媒质）。 第三章： 1、MAC层有四种不同的帧形式：（信标帧）、（数据帧）、（确认帧）、（命令帧）。 2、MAC帧一般格式由（帧头）、（有效载荷）和（帧尾）构成。 3、分配型MAC协议采用（TDMA）（CDMA）（FDMA）和（SDMA）等技术，将一个物理信道分为多个子信道动态或静态的分配给节点，以避免冲突。 4、SMACS协议是一种（TDMA）和（FDMA）相结合的信道分配机制。 5、根据MAC使用信道数目可分为（基于单信道）、（基于双信道）
文章编号:1004-9037(2009)02-0254-05 基于无线传感网络的大型结构健康监测系统 尚 盈 袁慎芳 吴 键 丁建伟 李耀曾 (南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室,南京,210016) 摘要:针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判别了集中载荷模拟的损伤位置。本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成。为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块。实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易维护和搭建移动方便等优点。 关键词:无线传感网络;结构健康监测;层次路由协议;自组织竞争网络中图分类号:T P2;T P9 文献标识码:A 基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划(2007AA 032117)资助项目;国家自然科学基金(60772072,50420120133)资助项目;航空基金(20060952)资助项目。 收稿日期:2007-09-05;修订日期:2008-04-17 Large -Scale Structural Health Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks S hang Ying ,Yuan Shenf ang ,Wu J ian ,Ding J ianw ei ,L i Yaoz eng (T he A ero nautic Key La bo rat or y o f Smart M ater ial and Str uct ur e,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics and A str onautics,N anjing,210016,China) Abstract :Aimed at the large-scale structure and anisotropy nature o f the carbon fiber compos-ite material w ing box ,a large-scale structural health m onitoring system based on w ireless sen-sor netw orks is presented .A kind of artificial neural netw ork is designed to distinguish the damag e locatio n simulated by the co ncentrated load .The sy stem co nsists o f the sensor data ac-quisition,the w ireless sensor netw or ks,and the terminal monitoring sub-sy stem s.To im pro ve the performance o f the system ,the signal conditio ning circuit and the hierarchical routing pro -to col are designed based o n w ireless sensor netw orks ,the prog rams of data acquisition and Sink node are ex ploited.Experimental result pro ves that the system has advantag es of flexibili-ty o f deplo yment,low maintenance and deploym ent costs . Key words :w ir eless senso r netw or ks ;str uctural health monitoring ;hierarchical routing ;self -org anizing com petitive netw o rk 引 言 结构健康监测技术是采用智能材料结构的新概念,利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络,在线实时地获取与结构健康状况相关的信息(如应力、应变、温度、振动模态、波传播特性等),结 合先进的信号信息处理方法和材料结构力学建模 方法,提取特征参数,识别结构的状态,包括损伤,并对结构的不安全因素在其早期就加以控制,以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展,从而实现结构健康自诊断、自修复、保证结构的安全和降低维修费用[1]。 无线传感网络节点具有局部信号处理的功能, 第24卷第2期2009年3月数据采集与处理Jour nal of D ata A cquisition &P ro cessing Vo l.24N o.2M a r.2009
摘要：文章对无线传感器网络低功耗分簇路由协议的代表性算法—leach的运行机制以及性能做了详细的研究，针对该算法的分簇阶段、簇的建立阶段以及稳定的数据传输阶段的相关原理和运行情况作了深入分析。最后从正反两方面总结了leach协议的运行特性。 关键词：无线传感器网络；分簇路由算法；leach算法 中图分类号：tp393 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）33-0186-02 0 引言 1 leach协议描述 leach算法是mit的heinzelma等人设计的一种低能耗自适应集簇分层型路由算法，是为无线传感器网络量身设计的。此算法也是第一个在无线传感器网络中提出的分层次路由协议。在此之后提出的大部分层次式路由协议都是基于leach算法而来的。 1.1 leach协议运作周期 leach算法中簇的形成是分布式的，即节点在无中心控制下决定是否当选簇头。另外，簇的建立不需要在整个网络内进行通信，仅通过每个传感器节点自身的特征来决定的。 leach算法中定义了“轮”的概念，每轮又分为两个阶段：簇的建立阶段和稳定的数据通信阶段。第一阶段，节点按照某种信息自动成簇，随机产生一个簇头；第二阶段，簇内的非簇头节点把监测到的数据发送给簇头，簇头节点对集到的数据进行融合并把结果发送到远处的基站。在网络的初始化阶段，leach算法随机地选取一个传感器节点来充当簇头进行工作。 1.2 leach算法簇头选取机制在leach算法中，假设在t时刻开始第r+1轮簇头的选举，传感器节点i此时当选为簇头的概率为pi（t），簇头的节点的期望值为k，网络中的节点总数为n，确保网络中的所有节点在前n/k轮里都会当选一次簇头。则有以下两种情况：1、pi （t）=k/（n-k*（rmod（n/k）））（当ci（t）=1）；2、pi（t）=0（当ci（t）=0）。 r是网络已经工作过的轮数，ci（t）=0为i节点在最近的rmod（n/k）轮当选过簇头，反之，ci（t）=1为相同情况下节点i没有当选过簇头。所以只有节点在前r轮还没有当选过簇头才会拥有相对多的能量，那么就有可能在第r+1轮成为簇头[2]。接下来进入下一个周期。 1.3 簇的建立阶段一旦网络中的节点通过以上描述的方式被选举当做簇头节点，那么这些簇头节点必须向网络中的其他节点通知它们在当前轮中充当簇头的角色。为此，每个簇头节点需要以csma的方式广播一个消息并遵循mac协议[3]。消息一般包含了本身的id号和一个辨认此消息为公告的头文件，并且这个消息必须到达网络中的所有节点。leach算法中的簇头节点扮演了协调本簇数据传输的控制中心的作用。簇头节点建立一个tdma表，并且将此表发送到簇内各成员节点。当所有节点接收到了tdma表的时隙分配情况之后，簇的建立就完成了，同时进入稳定的数据传输阶段。 1.4 稳定的数据传输阶段在稳定的数据传输阶段，一个簇中的所有节点在自己对应的时隙内将监测数据发送到簇头节点，在每一个回合的时间里数据的传送依靠大量的簇内节点。用分布式算法确定簇头节点保证了每轮簇的期望值为k，但是不能保证在每一轮中正好都是k 个簇。因而，在leach算法中每个簇中节点的数目具有高度的不确定性，并且簇内节点传送给簇头的数据量随着簇内节点数的不同会产生变化。 簇头节点要接受所有簇内节点发送数据，则必须保持自己的接收器一直处于工作状态。一旦簇头节点接收到了来自所有节点发送过来的数据之后，即进行数据融合，再将结果发送到基站。因此簇头对基站的数据传输将产生很高的能量消耗。 前面的讨论描述了无线传感器网络簇内的通信。mac协议和路由协议的设计要保证节点的低能量消耗和簇内节点数据传送无冲突。每个簇拥有一个独一无二的传播覆盖代码，簇内
———————————— 作者简介作者简介：：李 辉(1976－)，男，副教授，主研方向：无线传感器网络；刘书吉，硕士研究生。 收稿日期收稿日期：：2013-03-04 修回日期修回日期：：2013-04-18 E-mail ：li20042007@https://www.doczj.com/doc/f812020925.html, 基于节点度和距离的WSN 分簇路由算法 李 辉，刘书吉 (河南理工大学电气工程与自动化学院，河南 焦作454000) 摘 要：针对无线传感器网络(WSN)中节点的负载均衡问题，提出一种基于节点度和距离的WSN 非均匀分簇路由算法。该算法在首轮成簇时采用了定时机制的簇头竞争方案，定时的长短取决于节点本身的节点度和距离基站的距离，且节点根据不同的竞争半径形成不同的簇。在首轮成簇结束后，簇的结构不再发生变化，而簇头的轮换则根据簇内节点的剩余能量和距离本簇质心的通信代价在簇内进行动态轮换。采用簇间多跳路由，根据节点的剩余能量、距离基站的距离、节点间通信代价和节点的转发热度来选择中继节点。仿真结果表明，该算法的网络生命周期与LEACH 协议相比延长了2倍以上，与EEUC 协议相比延长了13.97%，且均衡了网络的能量消耗。 关键词关键词：：无线传感器网络；非均匀分簇；节点度；距离；转发热度；动态轮换 Clustering Routing Algorithm Based on Node Degree and Distance for Wireless Sensor Networks LI Hui, LIU Shu-ji (School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China) 【Abstract 】Aiming at the problem of unnecessary energy consumption caused by periodic clustering and the load balance problem in the Wireless Sensor Networks(WSN), an Unequal Clustering routing algorithm based on node Degree and Distance for WSN(UCDD) is proposed. UCDD algorithm adopts the time competitive mechanism in the first round of clustering. The length of time depends on the nodes’ node degree and the distance from the base station, and different clusters are formed according to the different radius of competition. After the first round, the clusters’ structure does not change any more. Cluster head dynamically choose next cluster head according to the residual energy and the communication costs. Inter-cluster multihop routing is used in UCDD algorithm, and the relay node is selected according to node residual energy, distance from the base station, communication cost of nodes and relay hot. Simulation results show that the algorithm can prolong the networks lifetime by more than two times compared with LEACH protocol and by 13.97% compared with EEUC protocol. Besides, it balances the energy dissipation of the networks. 【Key words 】Wireless Sensor Networks(WSN); unequal clustering; node degree; distance; relay heat; dynamic rotation DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2014.03.023 计 算 机 工 程 Computer Engineering 第40卷 第3期 V ol.40 No.3 2014年3月 March 2014 ·移动互联与通信技术移动互联与通信技术·· 文章编号文章编号：：1000-3428(2014)03-0113-07 文献标识码文献标识码：：A 中图分类号中图分类号：：TP391 1 概述 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是继互联网之后的又一个对人类生活产生重大影响的IT 技术[1]。由于传感器节点的能量受限，因此基于分层的路由协议备受关注。基于概率的低功耗自适应分簇协议(Low-energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)[2]是最早的分簇路由协议，几乎贯穿了后来发展的大多数分簇协议。该协议通过等概率随机循环地选择簇头以此来将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点上，从而达到降低网络能量耗费、延长网络生命周期的目的[3]。LEACH 协议成簇时簇首选择方法简单，易于实现。但是，LEACH 协议的缺点也非常明显：(1)在簇头选择时没有考虑能量因素，无论节点 的剩余能量多少都有可能成为簇头，从而加速了低能量节点的死亡；(2)簇头分布不均；(3)在数据传输时采用了单跳模式数据传输，当传输相同的数据时距离基站远的簇头的节点能耗较快。文献[4]的HEED 算法在簇头选择时依据主参数能量和次参数簇内通信代价，其分簇速度更快，并且产生的簇头分布比较均匀、网络的拓扑结构也更加合理。但是在成簇时通信开销大。文献[5]提出的最小ID 分簇算法，方法简单易行。但是在成簇时需要相互交换ID 号，带来很大的能量开销，并且选择的簇头分布不太均匀。文献[6]提出的集中式分簇算法(LEACH-C)，每轮结束时将能量信息和位置信息发送给基站，由基站来选择簇头。虽然解决了簇头分布不均问题，但是每轮都要发送能量和位置信息浪费了大量的能量。文献[7]提出的基于竞争的非均匀分簇