基于最小能耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法
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無線通信模塊存在發(fā)送、接收、空閑和睡眠4種狀態(tài)。無線通信模塊在空閑狀態(tài)一直監(jiān)聽無線信道的使用情況，檢查是否有數(shù)據(jù)發(fā)送給自己，而在睡眠狀態(tài)則關(guān)閉通信模塊。從圖2中可看到，無線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)的能量消耗最大，在空閑狀態(tài)和接收狀態(tài)的能量消耗接近，略少于發(fā)送狀態(tài)的能量消耗，在睡眠狀態(tài)的能量消耗最少。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/161585.htm
1．2 LEACH路由協(xié)議分析
最早的分簇路由協(xié)議是由Wendi等三人在2000年提出的LEACH算法，全稱為“低功耗自適應(yīng)集簇分層型協(xié)議”。LEACH算法的每一輪操作分為兩個運行階段：簇建立階段和簇穩(wěn)定運行階段。由于簇建立階段是屬于額外的通信需求，所以穩(wěn)定運行的持續(xù)時間要遠大于建立階段持續(xù)的時間。
在簇建立階段，傳感器節(jié)點隨機生成一個0，1之間的隨機數(shù)，并且與閾值T(n)做比較，如果小于該閾值，則該節(jié)點就會當(dāng)選為簇首。T(n)按照下面公式計算：
式中：P為節(jié)點成為簇首節(jié)點的百分數(shù)；r為當(dāng)前輪數(shù)；G為在這一輪中未當(dāng)選簇首的節(jié)點集合。
簇首節(jié)點選定后，廣播自己成為簇首的消息，節(jié)點根據(jù)接收到的消息的強度決定加入哪個簇，并告知相應(yīng)的簇首，完成簇的建立過程。然后，簇首節(jié)點采用TDMA的方式，為簇內(nèi)成員分配傳送數(shù)據(jù)的時隙。以上LEACH算法存在一個很大的缺陷，即協(xié)議沒有說明蔟首節(jié)點的數(shù)目怎么分布才能遍及于整個網(wǎng)絡(luò)。因此，很可能出現(xiàn)被選的簇首節(jié)點集中在網(wǎng)絡(luò)某一區(qū)域的現(xiàn)象，這樣就會使得一些節(jié)點的周圍沒有任何簇首節(jié)點。同時，由于簇首節(jié)點是隨機選擇的，有可能出現(xiàn)某個節(jié)點剩余能量過低而不能成為簇首節(jié)點，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)失效。
2 基于最小能耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法
2．1 算法拓撲結(jié)構(gòu)
圖3所示為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的拓撲結(jié)構(gòu)。整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點被分為匯聚節(jié)點、簇首節(jié)點和普通節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)由若干個子區(qū)域組成，子區(qū)域自主產(chǎn)生簇首節(jié)點，區(qū)域內(nèi)的其他節(jié)點和簇首節(jié)點通信并通過簇首節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點。
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