基于能量受限的无线传感器网络路由设计

第２０卷第６期　２０１０年１２月　梧　州　学　院　学　报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＷＵＺＨＯＵ　ＵＮＩＶＥＲＳｌＴＹ　Ｎｏ．６Ｖｏ１．２０　Ｄｅｃ．２０１０　

基于自组织聚类和蚁群算法的无线传感器　

网络路由算法　

邱立达　

（闽江学院物理学与电子信息工程系，福建福州３５０１０８）　

【摘要】根据无线传感网络能量受限的特点，提出一种低能耗路由算法ＳＯＣ—ＩＡＣＯ，算法由自组织聚类算法ＳＯＣ和改　

进蚁群算法ＷＡＣ组成。先通过ＳＯＣ将节点分簇，选取簇头构造簇头数据链，再通过ＷＡＣ构造簇内节点数据链。簇内数据　

沿节点数据链汇聚至簇头、簇头数据沿簇头数据链汇聚至总簇头，由总簇头发送数据至基站。实验表明，由于聚类过程中　考虑了节点分布和簇负载均衡并采用双层链路由，ＳＯＣ—ＩＡＣＯ算法能大幅降低节点能耗提高网络寿命。　

【关键词】无线传感器网络；自组织聚类；蚁群算法　

【中图分类号】ＴＮ９１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７３—８５３５（２０１０）０６—００３０—０６　

Ａ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ　Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　

Ａｎｔ　Ｃｏｌｏｎｙ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

Ｑｉｕ　Ｌｉｄａ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｉｅｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆＭｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０１０８，Ｃｍｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｃｌｕｓｔｅｒ—　

ｃｈａｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ＳＯＣ－ＩＡＣＯ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ　ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ｓｏｃ）ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ａｎｔ　

无线传感器网络中能量有效自适应路由算法研究　

０　引言　陈锦源　

（广州体育学院计算机教研室，广州　５１０５００）　

摘要：针对无线传感器网络寿命最大化问题．基于无线传感器节点能耗分布特点和数据传输能耗　模型。建立无线传感器网络生存周期的数学优化模型．并针对最小能耗路由的能耗不均衡　问题和能量均衡路由的能耗开销问题．综合考虑网络中节点的剩余能量和节点间发送数据　的能耗，提出一个适合无线多跳传感器网络的自适应路由算法。仿真结果表明．提出的路由　算法能充分地利用有限的能量资源．较大地延长网络生存周期　

关键词：无线传感器网络；路由算法；能量有效；能量均衡；最小能耗　

无线传感器网络是一种特殊的Ａｄ—Ｈｏｃ网络．由　

部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成．它们　

通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统．　

通常应用于布线和电源供给困难和人员不能到达的恶　

劣环境中工作中．节点能源一般情况下很难替代．因　此，如何利用现有能量资源，延长网络的生命周期，研　

究出能效优化的路由协议是无线传感器网络技术的一　

个关键问题【”　采用有效的能量优化路由协议是提高无　

线传感器网络能量有效性的一种重要手段．目前．能量　

有效路由协议可以分为两类：最小能量路由和能量均　

衡路由　由于最小能量路由会导致某些关键节点过早　

失效．能量均衡路由又会浪费能量．因而导致无线传感　

器网络的生存周期受到了一定的制约　

如何在无线传感器网络中高效地使用能量．最大　

化网络生存时间．学者们已经提出了一些能量消耗分　

析模型和能耗路由算法。文献『２１针对无线传感器网络　的特点．提出了多点对一点通信的最小能耗路径矩阵　

算法；文献『３１在满足能量“三角不等式”的前提下，应用　

动态规划的思想．提出了一个最小能耗路由算法；文献　

『４１综合考虑传感器网络中节点链路接人、数据包传输　

能耗及节点剩余能量的基础上．提出了一种能耗均衡　路由策略；文献『５１根据无线传感器网络能量受限的特　征．基于能量平衡的路由思想．提出一种智能蚁群算　

..

w

无线传感器网络的能量管理

班级：信息1502

学号：2015485

：蕊

..

w 1 进行能量管理的原因

无线传感器网络节点密度大，一般部署在恶劣环境中，能源通常很难替代，节点能量供给大都是采用电池供电方式，并要求工作相当长的时间。因此，如何在不影响功能的前提下，尽可能节约无线传感器网络的能量成为无线传感器网络软、硬件设计中的核心问题。通过能量管理机制尽量减少节点的能量消耗，可有效延长节点的工作时间和网络的整体寿命，达到应用的需求。

因为节点的能量非常有限，所以能量消耗是WSN重点关注的问题。事实上，所有的无线设备都面临能量不足的问题，而以下原因使得WSN的能耗问题更加严重：

1.与其承担的感知、处理、自主管理和通信等复杂功能相比，节点的体积非常小，难以容纳大容量电源。

2.一个理想的无线传感器网络由大量节点组成，因此，不能通过人工方式更换节点电池或者给电池充电。

3.虽然学术界正在研究可再生能源和自动充电机制，但节点太小仍然是限制其应用的因素。

4.部分节点失效可能会导致整个网络过早地分离成一些子网。

在实现无线传感器网络能量管理方面普遍从每个节点出发，除了在无线传感器网络节点设计过程中采用低功耗硬件之外，还通过动态能量管理等技术使系统各个部分运行在节能模式，可以节约大量的能量。另外，还可以针对无线传感器网络不同应用进行专门的优化，并采用软、硬件整合设计、跨层网络协议设计等一体化能量管理方案来为无线传感器网络节能。

AODV协议

1. 概述

Nokia研究中心开发，自组网路由协议的RFc标准，它是DSR和DSDV的综合，借用了DSR中路由发现和路由维护的基础程序，及DSDV的逐跳(Hop-by-HoP)路由、目的节点序列号和路由维护阶段的周期更新机制，以DSDV为基础，结合DSR中的按需路由思想并加以改进。

它应用于无线自组织网络中进行路由选择的路由协议, 它能够实现单播和多播路由。该协议是自组织网络中按需生成路由方式的典型协议。用于特定网络中的可移动节点。它能在动态变化的点对点网络中确定一条到目的地的路由，并且具有接入速度快，计算量小，内存占用低，网络负荷轻等特点。它采用目的序列号来确保在任何时候都不会出现回环，避免了传统的距离向量协议中会出现的很多问题。

AODV最初提出的目的是为了建立一个纯粹的按需路由的系统。网络中的节点完全不依赖活动路径，既不维护任何路由信息，也不参与任何定期的路由表交换。节点不需要发现和维护到其他节点的路由，除非两个节点需要通讯或者节点是作为中间转发节点提供特定的服务来维护另外两个节点的连接性。

提出：With the goals of minimizing broadcasts and transmission latency when new routes

are needed, we designed a protocol to improve up on the performance characteristics of DSDV in

the creation and maintenance of ad-hoc networks.

2. 特点

优点：

（1）基本路由算法为距离向量算法，但有所改进，思路简单、易懂。

（2）按需路由协议，而且节点只存储需要的路由，减少了内存的需求和不必要的复制。。

（3）采用 UDP 封装，属于应用层协议。

（4）支持中间节点应答，能使源节点快速获得路由，有效减少了广播数，但存在过时路由问题。