一种具有提高成簇质量的WSN节能分簇路由算法

　　无线传感器网络是由大量低成本、低能量的无线传感器节点组成的，它们被部署在指定的区域，通过自组织的方式形成一个多跳的无线网络，能够在人们无法接近的恶劣或者特殊的环境中正常工作。这一技术在工业、军事、环境监控、医疗等领域内得到了广泛的应用。这些节点很容易被部署，但只能利用电池供电很难被回收更换电池，因此如何延长整个网络的生存周期是WSN 中的研究热点之一[1-2]。

　　WSN 路由协议是负责在网络层中寻找一条数据传输路径，将数据包从产生该数据的源节点以多跳通信的方式转发到数据接收节点。路由协议的好坏直接决定了传感器节点在传输数据时的能耗的多少和网络的生存时间的长短[3]。针对网络中节点随机部署、能量受限、自组织、网络拓扑变化频繁等特点，采用基于分簇的层次型路由算法相对于平面路由算法有更好的适应性和节能性[4]。分簇算法是将传感器网络的节点划分为不同的簇，每个簇中有一个簇首节点，簇中的其余成员节点将信息发送给簇首节点并由簇首节点进行数据的融合和转发。其中，簇首的选择是分簇算法的关键，如何通过簇首的选择来形成高质量的簇从而降低节点能耗的研究有着重要的意义。

　　本文从簇首如何选择的角度出发，提出了一种基于节点度数、节点间的相对距离和剩余能量的节能分簇路由算法CECA( Coverage and Energy AwareClustering Algorithm) 。在算法中保证了簇首分布均匀、簇的规模均衡、高能量节点优先充当簇首，均衡了网络的能耗，延长了网络的寿命。

　　1 相关工作

　　在目前典型的分簇算法中，由Heinzelman 等人提出的LEACH 算法[5]是其中的最具代表性的分簇算法之一。该算法是一种自适应拓扑算法，周期性的执行簇的重构过程。在簇的形成过程中，网络中的节点以等概率充当簇首，簇首的选取是随机的，因此均衡了节点能量的消耗。然而随机选取机制没有考虑节点剩余能量的情况，同时不能保证簇首节点的个数的合理性和分布的均匀性[6]。在此基础上有人提出了基于簇首节点到源节点距离和剩余能量的LEACH-ED 协议[7]和用时间间隔代替产生簇首的随机数和阈值的LEACH-T 协议[8]。但这两个改进的协议同样没有考虑到簇首节点分布的合理性问题。Lindsey 等人提出的PEGASIS 协议[9]中，把网络中所有的节点用贪婪算法构成一个边长之和接近最小的链，链上的每个节点只收发数据一次，该算法每个节点都以最小功率发送数据，每轮只随机选择一个簇首与基站通信，减少了数据通信量，实验证明PEGASIS 生命周期是LEACH 的近两倍。但PEGASIS 协议要求所有的节点连成一条链，形成的链比较长，因此产生的传输延迟比较大，同时一旦链中出现某个节点故障，就会导致数据传输的丢失。