无线传感器路由算法 [基于能量均衡的无线传感器网络路由算法]
时间：2019-05-16 03:16:10 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 由于路由选择对无线传感器网络使用时间长短造成较为深远的影响，由此应基于能量均衡的无线传感器原理，针对当前无线传感器的发展现状，提出一种新型的WSN路由算法，通过将前向区域划分为几个子区域，而后选择能量方差最小的区域作为路由的选择区域，而后根据概率机制选择下一跳的节点。具体的实践表明，这种新型的能量均衡的无线传感器网络路由算法能有效均衡网络中各节点的能源消耗，有效延长网络的生命周期。
关键词： 能量均衡；无线传感器；网络；路由算法
当前，传感器、计算机网络通信以及嵌入式的计算机通信等三种技术发展十分迅速，同时随着获取大量的感知信息以及应用处理等迫切的需求，无线传感器的发展适应了现代通信的需求，从而得到了迅速发展，成为了研究的热点。无线传感器网络是根据多跳自组织方式的基础上具有大量的数据感知分布式网络，这种分布式网络系统是一个新的信息获取手段和处理，更接近物理世界，成为计算机网络的重要技术手段，同时无线传感器作为物联网络收集信息的最小单元，在多个领域和环节中都得到了有效的应用。
无线传感器节点体积较小，计算能力并不强，存储空间具有一定的限制，同时自备的电池供应的时间也存在一定的限制，由此WSN在各种能力上受到了限制。如何有效地使用能源，以扩大无线网络的生命，是目前所面临的一个重要的问题，大量节能路由算法对于这个问题的研究是一个热点。
1 无线路由算法研究概述
1.1 无状态贪婪周边转发路由GPSR协议
提出无状态贪婪的周边转发路由的GPSR协议，通过自身的距离到汇聚节点距离的计算，同时在自身的邻居节点中找到目标节点距离最短的邻居节点作为下一站的转发节点，当所有的邻居节点到目标节点的距离到目标节点的距离都相对较远，使用周边转发模式，找到下一跳节点。通过局部优化的贪婪思想，这种节点不需要对网络拓扑进行维护，具有极小的路由开销。然而，这种局部最优的贪婪算法容易导致过早耗尽在一定区域内整个网络的单一节点能量，从而导致系统的过早失效。在NADRR中通过计算邻居横坐标和参数的平均垂直距离来确定转发的面积大小，从而减少了算法的时间复杂性，但它没有考虑到周围邻居的状态的能量变化。
1.2 DEER算法
这种算法是提早预测到系统链路中最佳总跳数的数据传输效率的节点作为当前链接的转发节点，然后逐步选择下一跳的转发节点从而形成了整条的传输链路。该种算法在端到端的服务质量较高也较为可靠，但是也带来了较多的路由资源能量的开销。
1.3 HREEMR算法
这种路由算法通过形成多条源节点到sink节点的路由路径，使用其中的一条路径作为数据转发的主要路径，一旦主要的路由传输路径失效，那么则可从备用的路径中选择一条作为主路径的替代，这种协议方式在发现以及维护多条路由上形成了较大的开销。
1.4 非均匀分布路由算法
通过针对无线路由传感器网络节点能量消耗不均衡的现状而提出的非均匀分布的路由算法。这种算法在传输网络当中，建立最小跳数场，最低能量路径。从而保证数据在传输过程中沿着最优化的能量消耗路径向汇聚节点的转发，这种算法虽然就网络寿命以及能量均衡等方面有了较大的提高以及改善，但无线通信能量消耗一般不能满足能源消耗的三角不等式。
1.5 基于模糊梯度能量均衡路由协议
平衡节点的能量消耗设计提出了一个模糊梯度能量平衡的路由协议。为保证系统中的平衡，以实现系统中各节点之间的能源平均消耗，路由协议应首先大概建立各节点之间的梯度值，并使用具有等级的选择策略以及质量功能评价的函数继模糊分类相结合，来选择下一跳的转发节点，而使用低能量节点能量分流，以实现系统中能量的均衡，但基于模糊梯度的能量均衡的路由协议的维护和计算节点的过程更加复杂。
1.6 MCP算法
该种算法能有效均衡网络能量消耗，是建立在多路径路由状况下的最大容量路由算法，在开始的时候应选择一条节点能量消耗最大的路径。这种算法虽然在局部范围内达到较为均衡的能量消耗，但在路径中跳数增加，将对数据传输的时延造成了一定的影响，同时也没有解决sink附近能量消耗较快的问题。
针对当前对无线传感器网络路由算法的研究，明确了在计算转发节点的邻节点剩余能量分布状况对节点前向区域的划分，同时在选定的区域内通过节点概率传输介质在前向区域内选择了下一跳的节点，同时也验证了新型算法的有效性。基于前向子区域面积提出了区域传输半径而提出的能量均衡的路由算法，综合考虑了WSNs中节点随机分布以及能量消耗不均匀等因素，保证了节点能源的均衡消耗。
2 能量均衡的路由算法
2.1 GPSR-2算法前向区域划分
IGPSR-1的前向区域划分过程中考虑了节点的剩余能量，从而有效均衡了网络节点的能量消耗，提升了整个网络的使用时间。但在前向子区域的划分过程中，转发及诶单邻区域内的节点落在子前向区域的计算概率并不一样。
2.2 节点概率传输机制
无线传感器网络中的多个冗余节点，如果随机向内部转发节点发送数据，将很容易导致内爆，隐藏或终端节点的能量浪费，向前分区域内部限制节点的概率选择可能这种方式将避免这种情况。许多路由算法是如何定义的值被选中的节点的概率，但也迫切需要考虑到本地网络的影响因素。比如预先计算出每一个节点被选择的概率值，同时在前向区域内形成邻节点
到目的节点的剩余能量和邻居的距离函数选择下一跳的转发节点，节点通过调整选项的值的大小，以满足在前进的实际应用的需求启动子区域快速搜索最佳节点作为下一跳的转发节点，可以有效地降低能源和实现网络以及系统的健康发展，提高网络性能和延长网络的寿命。当转发节点子区域内不存在邻居节点，那就是在路由器的子区域上存在空洞，并不能使用贪婪转发模式，算法开始围绕着寻找下一个转发节点，正向分区域，如果有一个转发节点，能满足贪婪转发模式，然后节点将立即切换到贪婪模式周期内，一直在寻找下一跳的转发节点，直到达到目标节点为止。
2.3 无线传感器网络路由算法
要衡量一个算法的好坏，还应通过时间复杂度这一基本的标准进行衡量。IGPSR-1和IGPSR-2算法的复杂程度相差并不大，两种算法的执行时间主要由前向子区域平均能量的计算时间、路径转发中每个节点传输概率的计算时间以及周边转发模式的时间等三个部分组成。
2.4 算法的结果分析
本文所说的网络寿命是指在网络上运行的第一个节点的能源消耗时间。在实际测试中使用的网络发送的数据包的数量，也是网络寿命衡量的间接措施，更多的数据包网络生存时间发出，无线传感器性能的网络寿命更长，寿命的长短是措施是一个重要的无线传感性能的重要衡量因素。
随着计算机网络节点数目的增加，各种路由算法都在一定程度上增加了网络能量的消耗。由于随着网络节点的增加，网络密度也随着增加，从而使网络能在寿命期限内发出更多的数据包，由此也消耗了更多的系统能量。具体的试验结果还表明，在具有同等网络节点的情形中，IGPSR-2的能量消耗最小，由此说明这种算法能更为有效地利用网络，同时使无线传感器具有更为充分的利用效率。网络的能耗平衡网络性能测量是另一个重要指标。如果网络中的每个节点的能量消耗更加均衡，那么网络是不容易整个崩溃的，这部分是由于节点能量消耗造成网络瘫痪。
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[5] 陈翔，无线传感器网络分簇算法研究[J].计算机仿真，2010（12）.
作者简介：
邓秀娟（1983-），女，壮族，广西南宁人，本科，工学学士，助教，百色学院数学与计算机信息工程系，研究方向：计算机技术，网络技术。
