一种基于能量和距离的无线传感器网络分簇路由协议

阶段2：簇头选举阶段全局范围内预先设定一个0～1之间的阈值T，用来控制参加簇头竞选的节点比例。每一个节点生成一个0～1之间的随机数，记为u。若u 能量。只有在r半径覆盖范围内的节点才能接收到此消息。候选节点ni接收到候选节点nj广播的消息后，若nj的剩余 能量大于ni的剩余 能量，则ni立即放弃竞选，成为普通节点；若剩余能量相等，则进一步比较两个节点的标识，标识小者胜出；若nj的剩余能量小于ni自身剩余能量，则ni继续判断收到的其他广播消息。一定时间后，竞选消息在 网络内传播结束，表明该阶段完成。候选节点中还没有放弃竞选的节点则成为此轮选举产生的簇头。这里的t与节点的剩余能量成反比，从而保证剩余能量多的候选节点成为簇头，而且可以解决簇头漏洞问题。

式中：T为最大约定的最大延迟时间；Eresidual为节点剩余能量；Eini是节点原始能量。

阶段3：成簇阶段簇头向 网络所有节点广播自己成为簇头的消息HEAD_AD，内容为簇头节点的标识及该节点与基站的 距离。普通节点接收到此消息后选择一个通信代价cost(CH)最小的聚类加入，并发送消息JOIN_REQ。通信代价表达式为：

式(5)中参数与式(2)和式(4)表示的意义相同。从式(5)可以看出，该通信代价综合考虑了节点与簇头的 距离、簇头与基站的 距离及簇头的剩余能量。从而实现了由聚类成员节点选择剩余能量较大，与自己距离较近，与基站距离较小的簇头形成簇，达到能量均衡的目的。

阶段4：数据传输阶段簇头向所有成员节点广播TDMA通信时隙调度信息TDMA_SCHEDULE。成员节点按分配好的TDMA时隙在某个时刻将自己检测到的数据发送给簇头。簇头在接收聚类成员发送数据的过程中进行数据融合，并将融合后的数据直接传输给基站，该过程采用单跳的通信方式。

4 ADEECS 协议仿真与分析

仿真中，使用Matlab作为仿真平台，采用与文献[3]相同的能量消耗模型。仿真参数如表1所示。

文中将ADEECS与EECS和LEACH 协议性能进行仿真对比。

4.1簇头分布的仿真对比

LEACH簇头个数取最优值。在仿真中，LEACH簇头个数为6；取T=0.15，R=26，w=0.8。由3种 协议的簇头分布图(图2～图4)可以看出，LEACH协议簇头随机分布；EECS协议簇头分布比较均匀，但存在簇头漏洞问题；ADEECS协议簇头真正实现了均匀分布。所以，提出的延迟发送竞选消息的方法很好地解决了LEACH和EECS协议在簇头选举过程中存在的问题。

4.2 网络寿命的仿真对比

定义第一个节点的死亡时间为 无线 传感器网络的网络寿命，用工作轮数表示网络的工作时间。如果剩余节点过少，那么整个网络的存在就毫无意义。仿真中为了更好地对比仿真结果，仿真曲线只选取剩余节点数大于50的情况。仿真结果如图5所示。

由图5可以看出，在成簇阶段，ADEECS协议综合考虑了簇头剩余能量、簇头与基站的距离以及簇成员节点与簇头的距离。这种通信代价计算方式很好地提高了网络性能，有效地延长了网络生命周期，达到了协议目的。

5结语

通过对 无线 传感器网络中典型分簇 路由协议、LEACH协议和EECS协议进行的研究和分析，提出了一种改进的分簇方案ADEECS。利用延迟发送竞争消息的方法和新的通信代价公式很好地解决了EECS协议存在的问题，实现了簇头的均匀分布，有效地延长了网络寿命。但是不只是没有对参数权值w和通信半径R进行研究，这将是作者下一步的工作重心。另外， 基于多跳的ADEECS也是下一步的研究方向。