13、无线传感器网络中能量感知多级路由算法解析

无线传感器网络中能量感知多级路由算法解析

1. 引言

无线传感器网络（WSN）由能够监测和记录物理条件（如温度、湿度、车辆移动、光照条件、压力、噪音水平等）的小型传感器设备组成。其关键应用包括军事、环境监测、灾害系统和医疗保健等领域。传感器节点部署后会自主构建网络，收集目标区域的数据并无线发送到汇聚节点。然而，在许多应用中，WSN 部署在恶劣环境中，传感器节点难以补充能量，且节点由电池供电，能源有限。因此，传感器节点的能耗成为 WSN 长期运行的关键问题。

聚类传感器节点是一种有效的节能技术。在这种方法中，下层将传感器节点分组形成簇，每个簇有一个簇头（CH），其余节点为簇成员（CM）。CH 收集并聚合 CM 的数据，然后直接或通过其他 CH 将聚合数据发送到汇聚节点，形成上层。CH 与汇聚节点之间的通信有单跳和多跳两种方式。单跳通信中，CH 直接将聚合数据发送到汇聚节点；多跳通信中，CH 通过其他 CH 或中间传感器节点将数据包发送到汇聚节点。但现有多跳路由技术大多选择单一路径转发数据，导致路径上部分 CH 能耗不均衡，限制了网络寿命。

为解决这一问题，提出了一种新的分布式能量感知多级路由算法（EMRA），旨在最大化网络寿命。该算法分为骨干网络（BN）形成和路由两个阶段。在 BN 中，根据 CH 与汇聚节点的距离为 CH 分配不同级别，然后每个 CH 选择一组 CH 作为转发节点，根据提出的成本函数（CF）分配和传输数据包，以平衡转发节点的负载并最小化 CH 的能耗。

2. 相关工作

许多基于簇的路由协议可分为单跳通信和多跳通信两类。单跳通信中，CH 收集并聚合 CM 的数据后直接发送到汇聚节点，其优点是汇聚节点附近的节点无入站流量，无