無線傳感器網絡低能耗成簇算法的研究

摘 要：無線傳感器節點成簇，可以實現路由器的層次化水平，融合數據，降低其傳輸量，減少具體的能耗，提高網絡生產能力。當前研究中集中分成算法中的各類影響因素和內在特質，通過介紹節點情況和運用場景，了解算法的使用情況和效果。為無線傳感器網絡低能耗成簇研究提供文字參考。

關鍵詞：無線傳感器；網絡低能耗；成簇算法

無線傳感網絡中具有節點數量多，體積小。處理情況好的特點，因而在實際中如何科學合理運用上述資源和能力，可能向數據的收集者提供有效數據支持和數據傳輸是當前研究的熱點問題。

一、無線傳感器網絡節能算法分析

（一）節點節能技術

在無線傳感網絡節點上的無線鏈路運用頻射技術，對無線通信能耗有較大的影響。選擇合適的調制模式，能夠平衡總體能耗、靈敏度和延遲等幾方面因素，調制的級別與功率放大器的能耗有著密切聯系，并且與DVS相類似，都是在動態需求中改變調制級別的節能耗的有效手段和方式。無線收發電力啟動后電源消耗較大，因而每次啟動發送電文的長度越長越好，這是降低啟動開銷的有效方式，但是如果把數據累計到一定長度后在進行信息交流以及兌換，有可能影響數據發送到達時間，產生數據延遲的情況，所以在設置數據長度時，需要平衡這兩者之間的關系。

（二）無線傳感器網絡節能路由算法

1）平面路由算法。網絡中的每一個節點都需要平等對待，如果一個節點需要發送數據，那么其他的節點在這里就會成為中轉點轉發數據，最后才能達到Sink節點。這是“多跳”路由方式，一般Sink的附近節點與其他位置的節點參與數據中轉的概率要高。

2）層次路由算法。層次路由主要將傳感器進行分簇，簇內的通信情況主要完成對象是簇節點，通過簇首節點的數據聚集情況能夠有效減少信息傳輸情況，然后把經過處理的信息全部傳輸給Sink節點，這種方式不但能夠滿足傳感器網絡可拓展性，更能高效的維持住傳感器的能量消耗情況，讓網絡使用生命周期逐漸延長。延長其使用壽命。

（三）無線傳感器網絡節點算法的特點以及設計注意事項

1）能量優先原則。通常情況下傳統的路由器選擇最佳路徑時，節點能量消耗問題通常不在考慮范圍內，但是由于無線傳感器網絡中節點能耗需要受到限制，因而在設計過程中要重點考慮網絡的生存周期以及傳感器的網絡路由協議情況，在此節點的能量消耗和網絡的能量均衡成為使用中需要切實考慮的問題。

2）局部拓撲。使用無線傳感器期間，為了節約通信能量，多跳式的通信模式設置尤為重要，運用各個節點存儲資源和計算數據，但是這樣節點就不能存儲大量的路由信息，復雜的路由計算也不能實現。因而在節點上如若想要獲取局部的拓撲信息，是實現高效簡潔路由機制需要解決的問題。

3）數據為設計中心。傳統的路由標識情況主要以節點為路由標識的主要依據，但是無線傳感中有大量的的網絡隨機部署情況，關注核心是檢測區域中需要感知的數據，不是單一節點需要獲取的數據，因而不會依靠全網唯一標示進行數據控制。傳感器網絡中多個傳感器節點，因而整體的運轉過程主要由多個傳感器節點轉接到少數Sink節點數據流上面，通過感知數據情況，了解數據通信模式以及流向，把數據當成信息和消息的轉發路徑。

二、B-LEACH算法

（一）選擇LEACH算法改進的緣由

選擇主要考慮兩方面因素，目前使用的路由器由于協議消耗量比較少，并且分布比較均衡，因而能夠延長網絡的使用壽命，也可以適度平衡網絡負載。層次路由協議在減少參與路由計算節點的情況下，可以先適度減少路由表的尺寸，讓交換路由信息滿足通信的開銷。層次路由的本質是以簇為基礎形成的各類策略，選舉中產生穩定性好的子網絡，可以避免拓撲對路由器產生的結構變化影響。

（二）LEACH算法概述

這是一種以微電子為基礎的傳感系統，與低能耗數模電子器件，低能耗射頻和廉價微型傳感器發展相一致。使用過程受到硬件條件限制，廉價傳感器與昂貴傳感器相比精度較差，但是其性能中的小微和廉價讓成千上萬的傳感器節點在一定的區域范圍內使用，節點可以運用數量優勢彌補精準度方面的不足，因而網絡質量和容錯能力也會逐步提升。

（三）LEACH算法的細節

LEACH算法在每一輪都開展計算，每一輪開始過程中都包含初始化和穩定化階段。初始化節點能夠形成簇，穩定階段開展數據傳輸，在節約開銷的前提下，穩定階段的時間需要長于初始化階段。

主要描述LEACH算法的一輪工作過程。第一，在確立簇首節時，要求每一個成員都找到簇首節點。當工作階段逐步穩定會，簇成員節點與簇首節點其通訊情況主要是以幀為劃分單位，每一幀中，成員節點能夠把信息發送給特定的時隙數據內，由于不同的時隙持續時間不等，但是每一幀要保證所有的成員節點都給簇首節點發送相應的數據，不同的幀其長度設置情況都取決于簇成員節點數目。

LEACH協議是一個最優化的使用協議，考慮到的場景是將傳感器的節點隨機分散，當分布到特有區域后，把這些節點搜集的信息發送給區域外的節點接收器上面。LEACH協議的核心是分布式的成簇計算，該技術能夠自己適應成簇算法，并且做首位置算法的輪換驗算。

三、結語

分析無線路由節能的基礎上主要以LEACH算法為研究重點，提出當前研究的關鍵和核心。在建立結束每輪固定簇首后，建立與之相對應的簇類，由于簇首有著較大的開銷，所以在保障簇首節點均勻分布的情況下，要求運用LEACH的周期性特點重新成簇，推選出簇首節點。當前無線傳感技術是具有廣闊發展前景的技術，因而需要通過網絡分組簇組，做好簇化管理。

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基金項目：甘肅省科技計劃資助（1304GKCC044）

甘肅省高等學校科研項目（2015B—198）

作者簡介：高立兵（1974-），男，甘肅金昌人，講師，碩士，研究方向：計算機技術及應用。