隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用熱潮的興起，作為其感知層的無線傳感網(wǎng)的路由技術(shù)成為新的研究熱點(diǎn)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)是由電池供電，特殊的工作環(huán)境決定了節(jié)點(diǎn)電池的不可更換性。由于無線傳感網(wǎng)中部分節(jié)點(diǎn)的過早死亡會造成整個網(wǎng)絡(luò)通信的癱瘓，因此，節(jié)點(diǎn)的節(jié)能和能耗均衡是無線傳感網(wǎng)有效工作的前提。本文針對傳感器節(jié)點(diǎn)的這些限制，提出了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于圓環(huán)域的單、多跳結(jié)合的簇頭混合通信路由算法（LEACH-RMC）。通過均衡網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載以整體達(dá)到增加網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。

1 分簇路由與能耗不均衡性
    無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議分為平面路由和分層路由。分層路由可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗[1]，許多能量高效的路由協(xié)議都是在簇結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。MIT的HEINZELMANZ W等人率先提出分層的LEACH協(xié)議[1]，它通過等概率周期性選擇簇頭，將整個網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能耗的目的。但LEACH不適合在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中使用。SMARAGDAKIS G等人在LEACH的基礎(chǔ)上提出了適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的SEP協(xié)議[2]，簇頭選舉以初始能量為參數(shù)，能量高的節(jié)點(diǎn)更多地當(dāng)選簇頭，但它沒有考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量。卿利等人提出一種新的分布式能量有效成簇算法DEEC[3]，在SEP的基礎(chǔ)上考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量,它能獲得比LEACH和SEP等算法更長的生存時間和吞吐量[3]。但是，這些協(xié)議都沒有最大化網(wǎng)絡(luò)的效益。首先，它們都采用簇頭輪換機(jī)制，每個節(jié)點(diǎn)都有機(jī)會擔(dān)當(dāng)簇頭，因此所有節(jié)點(diǎn)都應(yīng)具備必要的硬件條件；其次，在通信中使用的都是單跳，距離基站遠(yuǎn)的簇頭將消耗更多的能量。相反，采用多跳通信，距離基站近的簇頭因?yàn)橐D(zhuǎn)發(fā)更多數(shù)據(jù)而存在更大的能量負(fù)載。因此網(wǎng)絡(luò)中總是存在不均衡耗能的模式。
2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型
2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    將監(jiān)測區(qū)看成是半徑為R的圓域，基站在圓心位置。節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在圓域中，簇頭密度為?姿1，因此每個簇頭平均傳輸半徑為r1：

簇頭過早死亡造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

    圖3是兩種協(xié)議在各輪次的總能耗比較。由圖明顯得到,200輪以前兩種協(xié)議均處于穩(wěn)定狀態(tài)，而 LEACH-RMC協(xié)議在每輪的能耗都比LEACH少,這說明LEACH-RMC協(xié)議均衡了網(wǎng)絡(luò)各輪次的能耗。

     在無線傳感網(wǎng)中，使用分簇然后引進(jìn)一些強(qiáng)大的節(jié)點(diǎn)始終作為簇頭,能夠提高系統(tǒng)的性能，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期而且節(jié)約了硬件花費(fèi)。而混合通信模式有效地均衡了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，延長了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期。通過分析和實(shí)驗(yàn)仿真，證明了LEACH-RMC協(xié)議比LEACH效果好。
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