基于网格分簇的WSN能量感知路由协议

无线传感器网络分簇路由协议研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布在感兴趣区域内的无线传感器节点组成的自组织自适应网络，具有自动配置、自我修复、自组织和自适应的特点。

分簇路由协议是WSN中的一种重要协议，它通过将网络中节点分成若干个簇来进行数据收集和传输，减少了节点之间的通信开销，延长了网络寿命。

分簇路由协议根据网络结构的不同可以分为层次式和平面式两种。

层次式分簇路由协议中，网络中的节点根据能量级别选举出若干个簇首节点，这些簇首节点负责收集和传输其他节点的数据。

平面式分簇路由协议中，节点之间没有明显的层次关系，所有节点都可以充当簇首节点。

在层次式分簇路由协议中，典型的协议有LEACH、TEEN和HEED等。

LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的层次式分簇路由协议，它采用随机轮流选举簇首节点的方式，具有低能耗和均衡能量消耗的特点。

TEEN（Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol）是一种自适应的层次式分簇路由协议，它根据传感器节点的能量级别和数据处理需求动态调整传输阈值，实现能源的有效利用。

HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering）是一种能耗和负载均衡都考虑的层次式分簇路由协议，它通过选择具有最小负载的节点作为簇首节点，减少了网络中节点的负载不均衡问题。

在平面式分簇路由协议中，典型的协议有PEGASIS和SEP等。

PEGASIS（Power-efficient gathering in sensor information systems）是一种能耗最小的平面式分簇路由协议，它采用链式数据传输方式，将所有节点连接成一个链表，通过节点之间的协作来实现数据的传输。

无线传感器网络分簇路由协议的研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量互联的无线传感器节点组成的网络系统，可以用于监测、控制和收集环境中的数据。

传感器节点具有能够感知和采集环境信息的能力，可以通过无线通信与其他节点进行信息交换。

在大规模的无线传感器网络中，为了解决能耗、网络寿命和网络容量等问题，需要采用分簇路由协议来管理通信。

分簇路由协议是为了有效地组织和管理无线传感器网络中的节点而设计的一种路由协议。

它将网络节点分为若干个簇（cluster），每个簇有一个簇首（cluster head）来负责网络中的通信任务。

簇首节点负责在本簇的节点之间进行数据传输和路由选择等功能，同时还负责与其他簇首节点之间的通信。

其他非簇首节点则将数据发送到簇首节点进行汇总和传输。

分簇路由协议的研究旨在提高无线传感器网络的能效和可扩展性。

其中，簇首节点的选举、数据聚集和网络拓扑调整是关键问题。

一些经典的分簇路由协议包括Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH)、Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network Protocol (TEEN)、Hybrid Energy-Efficient Distributed (HEED)等。

LEACH协议是较早的一种无线传感器网络中的分簇路由协议，通过采用随机选择的方式选举簇首节点，从而均衡网络中各节点的能量消耗。

簇首节点将数据聚集后进行传输，从而减少了网络中的通信能耗。

TEEN协议则根据节点周围环境的变化来调整节点的采样率，从而降低了网络中的数据冗余。

HEED协议则通过节点之间的相互交流来选择簇首节点，从而达到更好的网络负载均衡和能量消耗平衡。

随着无线传感器网络的发展，研究者们不断改进和优化分簇路由协议，以适应不同的应用场景和需求。

无线传感器网络分簇路由协议研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感节点组成的网络系统。

通常情况下，这些传感节点都有能力进行感知、数据处理和通信，并且可以通过无线链路互相通信。

在WSN中，节点之间的通信需要通过其他节点进行转发，因此需要设计一种高效的路由协议来实现数据的传输。

分簇路由是一种常用的WSN路由协议，它将传感节点分为不同的簇，并选举出每个簇的簇头节点负责簇内通信和与其他簇头节点的通信。

分簇路由协议相较于其他路由协议具有一定的优势，如能够减少能量消耗、提高网络的生存时间、提高网络的容量和可扩展性等。

在分簇路由协议中，首先需要确定簇头节点。

常见的选择簇头节点的方法有基于能量、距离、节点ID等。

基于能量的选择方法是最常用的。

该方法通过测量节点的剩余能量，选举出剩余能量较高的节点作为簇头节点。

这样可以有效地减少节点的能量消耗，延长网络的生存时间。

选举出簇头节点后，每个传感节点将加入离自己最近的簇头节点所在的簇。

簇头节点负责收集和聚合簇内的数据，并将聚合后的数据发送到基站或其他簇头节点。

在数据传输过程中，可以采用直接通信或多跳通信的方式。

直接通信指的是簇头节点直接将数据发送给基站或其他簇头节点；而多跳通信是指数据经过多个节点进行转发，最终到达目的地。

在分簇路由协议中，还需要考虑到网络的动态性和负载均衡。

由于节点的能量有限，可能会发生节点失效或能量耗尽的情况，因此需要设计一种机制来检测节点的状态并及时调整簇头节点。

由于节点之间的通信是通过簇头节点进行转发的，可能会导致一些节点负载过重，从而影响数据传输的效率。

需要设计一种负载均衡的机制，使得网络中各个节点的负载尽量均衡。

分簇路由协议在WSN中具有广泛的应用，例如农业环境监测、工业物联网、智能交通系统等。

通过研究分簇路由协议，可以进一步提高WSN的能效和可扩展性，推动WSN技术的进一步发展。

一种基于能量和距离的无线传感器网络分簇路由协议0引言
无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量具有特定功能的传感器节点通过自组织的无线通信方式，相互传递信息，协同地完成特定功能的智能专用网络。

它综合了传感器、嵌入式计算、通信、分布式信息处理、计算机技术、微电子制造技术，能实时监测、感知和采集所监控区域内的各种信息，并对收集到的信息进行处理后传送给终端用户，在军事、灾难现场、环境监测和医疗救护等领域有广阔的应用前景。

传感器网络一般投放在条件恶劣的环境或者难以涉足的地域中，节点电池的更换或能量的补充几乎是不可能的，所以节能路由协议的设计，对无线传感器网络来说意义十分重大。

目前，提出的WSN路由协议主要有平面路由协议和层次路由协议两类，其中基于簇结构的层次路由协议是当前国内外研究的热点。

无线传感器网络分簇路由协议研究无线传感器网络（WSN）是由许多分布在特定区域内的小型传感器节点组成的网络，这些节点可以感知环境信息并将其传输到基站节点。

在WSN中，通常会出现能量消耗不均匀、数据传输距离较远等问题，为了解决这些问题，研究人员提出了分簇路由协议。

分簇路由协议通过将网络节点分成不同的簇，在每个簇内选择一个簇头节点负责数据的传输和汇聚，可以有效减少能量消耗和传输距离，提高网络的性能和可靠性。

分簇路由协议在WSN中具有重要的地位和作用，因此对其进行深入的研究和分析对于改善WSN的性能和可靠性具有重要意义。

本文将重点介绍和分析目前主流的几种分簇路由协议，并对其进行比较和评价，以期为WSN的实际应用和研究提供一定的参考和借鉴。

一、LEACH协议LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的分簇路由协议，它采用了分簇和动态簇头选择的方式来减少能量消耗。

LEACH协议将网络中的节点随机分成若干个簇，每个簇中都会选择一个簇头节点负责数据的收集和传输，其余节点则成为普通节点。

簇头节点会根据剩余能量和距离基站的远近等因素动态选择，以确保能量消耗均衡和数据传输的可靠性。

LEACH协议的优点是能够有效地降低能量消耗和延长网络的生命周期，同时具有一定的灵活性和适应性。

但是LEACH协议也存在一些问题，比如对于簇头的选择过程中可能会出现不确定性，导致网络的稳定性受到一定影响。

LEACH协议也没有考虑节点的能量消耗速率不同的情况，可能造成部分节点能量消耗过快而导致整个网络的失效。

二、TEEN协议TEEN（Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol）是一种基于事件触发的分簇路由协议，它主要针对网络中的事件感知和数据传输进行优化。

TEEN协议会根据节点感知到的事件来触发数据传输，只有在事件发生时才会进行数据传输，避免不必要的能量消耗和数据传输。

WSN的一种基于能量估算的集中式分簇路由协议刘国梅【摘要】Based on the study and improvement of LEACH-C protocol, a centralized clustering routing protocol based on energy estimate (LEACH-EE)is proposed in this paper. In LEACH-EE, the base station estimates energy consumption of each node according to the received data. Then the base station selects cluster heads and cluster structure of the next round according to estimation results. Only when certain events occur or an interval for quite a long time, it is needed that sensor nodes send information about their energy or position to base station. The simulation results show that, compared with LEACH and LEACH-C, LEACH-EE can save more network energy and prolong the network life cycle.%通过对LEACH-C 等协议的研究及改进,提出一种基于能量估算的集中式分簇路由协议LEACH-EE.在LEACH-EE协议中,基站根据接收到的各个簇的数据量来估算每个簇内节点的能量消耗情况,并根据估算结果来重新确定下一轮的簇首和簇结构.只有在一定条件发生时,或者间隔相当长的时间,才需要传感器节点向基站汇报自己的能量等信息.仿真结果表明,与LEACH、LEACH-C协议相比,LEACH-EE协议更能节省网络能量,延长网络的生命周期.【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2013(013)004【总页数】4页(P15-17,44)【关键词】无线传感器网络;路由协议;LEACH-C;LEACH-EE【作者】刘国梅【作者单位】郑州航空工业管理学院计算机科学与应用系,郑州450015【正文语种】中文【中图分类】TP393.03引言无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）［1］是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。

无线传感器网络的路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布式无线传感器节点组成的网络，用于感知环境、采集数据并传输给终端节点。

由于传感器节点资源有限，传统的路由协议在WSN中不适用。

因此，研究人员开展了大量的工作，提出了许多适用于WSN的路由协议。

以下是WSN常见的路由协议：基于平面的路由协议将传感器节点所处的平面划分为不同的区域，利用区域之间的连接关系进行数据传输。

其中一种经典的基于平面的路由协议是LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy），它基于分簇的思想将传感器节点分为不同的簇，每个簇有一个簇首节点负责数据聚合和传输。

基于层次的路由协议是WSN中常见的一种路由方式，它将节点组织成多个层次。

每个层次中的节点具有不同的功能和职责。

经典的基于层次的路由协议包括TEEN（Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network）和PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）。

基于多跳的路由协议允许节点通过中转节点将数据传输到目的节点，从而延长网络的传输范围。

常见的基于多跳的路由协议包括SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）和Directed Diffusion。

SPIN协议利用分布式算法对节点进行数据交换和传输，Directed Diffusion协议则通过沿着数据梯度传播的方式进行数据传输。

由于传感器节点能量有限，基于能量的路由协议非常重要。

这些协议通过考虑节点能量状态来决定数据传输路径，以延长网络的生命周期。

例如，E-SEP（Energy-Efficient Stable Election Protocol）、GEDIR （Gateway-Efficient, Deterministic and Energy-Aware Routing）和ENERGY-LL（Energy-Efficient, Low Latency Routing）都是基于能量的路由协议。

无线传感器网络分簇路由协议研究无线传感器网络（WSN）是由大量分布在监测区域内的无线传感器节点组成的一种自组织、自适应网络。

WSN可以应用于环境监测、军事侦察、医疗保健、智能交通等领域，在这些领域中，WSN能够实现对环境的实时监测和数据的采集。

在无线传感器网络中，节点之间的通信是通过无线电波进行的，节点之间的通信距离受限，同时节点的能量资源是有限的，所以如何高效地组织节点之间的通信，降低能量消耗是无线传感器网络中的一个重要问题。

分簇路由协议是无线传感器网络中的一种重要路由协议，通过将节点分组成簇，形成一种多层次的网络结构，有效地降低了网络中节点之间的通信开销，并且能够有效地降低网络中节点的能量消耗。

本文将对无线传感器网络分簇路由协议进行研究和探讨，对目前主流的分簇路由协议进行介绍和比较，以期为无线传感器网络中的分簇路由协议的选取提供参考。

一、分簇路由协议概述分簇路由协议是指将无线传感器网络中的节点分组成簇，每个簇内有一个簇头节点负责控制簇内节点的通信和数据的传输，簇头节点负责将本簇内的数据传输到网络中的基站节点。

分簇路由协议可以有效地减少网络中节点之间的通信开销，并且能够有效地均衡网络中节点的能量消耗，从而延长整个网络的工作时间。

目前常见的分簇路由协议包括LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）、TEEN（Threshold-Sensitive Energy Efficient Sensor Network Protocol）、APTEEN （Adaptive Periodic Threshold-based Sensor Network Protocol）、HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering）、SEP（Stable Election Protocol）等。

1. LEACH2. TEENTEEN协议是一种基于事件触发的分簇路由协议，它可以根据监测区域内的事件的发生情况调整节点之间的通信频率，从而有效地降低了网络中节点的能量消耗。