無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議研究

胡春安，張夢婷

(江西理工大學(xué)　信息工程學(xué)院，江西　贛州 341000)

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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議研究

胡春安，張夢婷

(江西理工大學(xué)信息工程學(xué)院，江西贛州 341000)

摘要:針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量受限和路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡的問題，提出一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議(PHC協(xié)議)。該協(xié)議的核心是將3種不同能量等級的節(jié)點(diǎn)根據(jù)能量的不同分別部署在不同區(qū)域，能量較高的高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)使用聚類技術(shù)通過簇頭直接傳輸數(shù)據(jù)到匯聚點(diǎn)，能量較低的普通節(jié)點(diǎn)則直接傳輸數(shù)據(jù)到匯聚點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，該協(xié)議通過對節(jié)點(diǎn)合理的分配部署，使簇頭分布均勻，更好地均衡了節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；分區(qū)異構(gòu)分簇；穩(wěn)定期； 吞吐量

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)由大量部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，隨機(jī)監(jiān)控各種物理條件或環(huán)境。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議的選擇極為重要，一個較好的路由協(xié)議可以延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和吞吐量。近年來，隨著對WSN路由協(xié)議研究的不斷深入，出現(xiàn)了大量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇協(xié)議。Heinzelman等人提出了LEACH的分簇協(xié)議[1]，它是第一個在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中被提出的層次聚類算法，該算法在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中性能很好，但是不能很好地適應(yīng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。由此基礎(chǔ)發(fā)展而來的有：DEEC算法[2]，基于節(jié)點(diǎn)剩余能量分布的簇頭選擇算法[3]，LEACH-ECHC算法[4]，gcLeach算法等[5]，基于改進(jìn)LEACH的多簇頭分簇路由算法[6]。Smaragdakis等人提出了SEP協(xié)議[7]，它是一個二級異構(gòu)感知協(xié)議。Aderohunmu等人提出了一個增強(qiáng)的穩(wěn)定選舉協(xié)議——E-SEP協(xié)議[8]，是在SEP協(xié)議的基礎(chǔ)上引入中間節(jié)點(diǎn)，這兩個協(xié)議都不能保證所有節(jié)點(diǎn)有效部署。Faisal等人提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域穩(wěn)定選舉Z-SEP協(xié)議[9]，在Z-SEP協(xié)議中將高級節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)按照能量的不同分別放在不同的區(qū)域，但簇頭只在高級節(jié)點(diǎn)中選舉。另外，還有其他的分簇協(xié)議，如An enhanced stable election protocol (SEP) for clustered heterogeneous WSN[10]、CRPCT協(xié)議[11]、EAUC路由協(xié)議[12]、SCRP算法[13]、EHCA結(jié)構(gòu)[14]、TLTS協(xié)議[15]、RECRP分簇路由協(xié)議[16]、BPEC算法[17]、UECG[18]等。這些協(xié)議目前還不能高效解決節(jié)點(diǎn)布署以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中簇頭分布不均勻等問題。針對這些問題，本文研究了一種混合方式的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議(PHC協(xié)議)，通過仿真結(jié)果表明該協(xié)議可以合理分配部署網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)，解決簇頭分布不均勻等問題，達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定期，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的效果。

1簇頭選舉算法

文中采用了與LEACH協(xié)議相同的簇頭選舉算法，將傳感器網(wǎng)絡(luò)周期性的聚合分成若干個簇，每個周期為一輪(Round)，包括簇的形成階段和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸階段。為了盡量減少成本和最大化使用網(wǎng)絡(luò)資源，穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸階段大于簇形成的階段。在簇形成階段，采用隨機(jī)選舉簇頭算法，每個節(jié)點(diǎn)自主選擇是否成為當(dāng)前輪的簇頭；數(shù)據(jù)傳輸階段，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到最近的簇頭，簇頭進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)完成一輪工作。在簇形成階段，每個節(jié)點(diǎn)自主選擇是否成為當(dāng)前輪的簇頭，每個節(jié)點(diǎn)會成為簇頭的期望概率是popt，而在LEACH協(xié)議中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況計算出最佳簇頭數(shù)目為kopt，因此popt計算公式如下

(1)

式中：n1是形成簇的總節(jié)點(diǎn)數(shù)。

(2)

式中：r是當(dāng)前輪數(shù)。

2能耗模型

無線傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗主要源于通信傳輸能耗，為了延長網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期，節(jié)點(diǎn)能量必須在數(shù)據(jù)傳輸過程中得到高效利用。聚類算法最優(yōu)的意義在于使均勻分布在所有傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗和總的能源消耗最低，而這在很大程度上依賴于使用的能耗模型。文中采用的無線通信能量消耗模型[7]如圖1所示。

圖1　無線傳感器通信能耗模型

圖1中節(jié)點(diǎn)發(fā)射L(bit)數(shù)據(jù)到距離為d的位置，消耗的能量由發(fā)射電路損耗和功率放大損耗兩部分組成。功率放大電路的能耗根據(jù)發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離d有所不同，當(dāng)d小于等于閾值d0時，采用自由空間模型；當(dāng)d大于閾值d0時，采用多徑衰落模型。無線電能量消耗被定義如

(3)式中：Eelec為運(yùn)行發(fā)送電路或接收電路單位bit數(shù)據(jù)消耗的能量；εfs，εamp為兩種模型中功率放大時單位bit數(shù)據(jù)發(fā)送單位距離消耗的能量；閾值d0可由式(4)計算得到

(4)

接收一個L信息，能量的消耗為

ERX(L)=L×Eelec

(5)

另外，數(shù)據(jù)聚合也消耗一定能量。聚合過程[19]Ee如

Ee=L×EDA

(6)

式中：EDA表示單位bit數(shù)據(jù)聚合的能量。

3PHC協(xié)議設(shè)計

為了解決在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中簇頭分布不均勻和節(jié)點(diǎn)不能有效部署等問題，提出的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量分布情況和與匯聚點(diǎn)的距離關(guān)系，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分。

3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

在大部分的路由協(xié)議中，由于節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)部署在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能量不能高效的利用，因此文中根據(jù)能量級別和網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的Y坐標(biāo)將網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域劃分成5個區(qū)域：0區(qū)，1區(qū)，2區(qū)，3區(qū)，4區(qū)。

0區(qū)：匯聚點(diǎn)部署在整個網(wǎng)絡(luò)場的中心位置，普通節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在0區(qū)，位于40

1區(qū)：高級節(jié)點(diǎn)的一半隨機(jī)部署在1區(qū)，位于80

2區(qū)：高級節(jié)點(diǎn)的一半隨機(jī)部署在2區(qū)，位于0

3區(qū)：中間節(jié)點(diǎn)的一半隨機(jī)部署在3區(qū)，位于60

4區(qū)：中間節(jié)點(diǎn)的一半隨機(jī)部署在4區(qū)，位于20

各節(jié)點(diǎn)的分布如圖2所示。

圖2　節(jié)點(diǎn)部署

3.2PHC協(xié)議

PHC協(xié)議使用了兩種技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)到匯聚點(diǎn)：直接通信和使用聚類技術(shù)通過簇頭傳輸數(shù)據(jù)。

1)直接通信

普通節(jié)點(diǎn)分布在0區(qū)通過感知周圍環(huán)境，采集數(shù)據(jù)并直接發(fā)送數(shù)據(jù)到匯聚點(diǎn)。

2)使用聚類技術(shù)通過簇頭傳輸數(shù)據(jù)

高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)分布在1區(qū)，2區(qū)，3區(qū)，4區(qū)通過聚類算法直接把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)。簇頭分別在1區(qū)，2區(qū)，3區(qū)，4區(qū)形成，簇成員感知周圍環(huán)境，采集數(shù)據(jù)，簇頭從簇成員節(jié)點(diǎn)中收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合后直接傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)，因此簇頭的選擇是至關(guān)重要的。如圖2所示，高級節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在1區(qū)和2區(qū)，中間節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在3區(qū)和4區(qū)，而且簇頭只在高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)形成。網(wǎng)絡(luò)的總能量增加的比例為(1+m×a+b×u)，由(1)(2)式可得padv，pmid作為高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)各自的概率。因此有

(7)

(8)

如上所述，為了確保傳感器節(jié)點(diǎn)必須成為簇頭，必須為選擇過程計算新的閾值T(sadv)，T(smid)分別代表高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)的閾值

(9)

由上可知有n×m個高級節(jié)點(diǎn)，G′是高級節(jié)點(diǎn)在過去的1/padv輪中沒被選為簇頭的節(jié)點(diǎn)集合。

(10)

PHC協(xié)議的操作流程：首先形成網(wǎng)絡(luò)，判斷網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是哪種節(jié)點(diǎn)，如果是普通節(jié)點(diǎn)則直接將節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送到匯聚點(diǎn)；如果是高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)則進(jìn)行簇頭選定，簇形成后，簇成員根據(jù)簇頭分配的TDMA時間調(diào)度表進(jìn)行操作、采集信息，并上傳給簇頭。當(dāng)簇頭收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合并直接傳向匯聚點(diǎn)。以下是PHC協(xié)議的操作流程圖，如圖3所示。

圖3　PHC協(xié)議流程圖

由于普通節(jié)點(diǎn)的能量小于高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)的能量，因此簇頭在高級節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)中形成，它在接收數(shù)據(jù)時比簇成員消耗更多能量，如果普通節(jié)點(diǎn)成為簇頭，則簇頭節(jié)點(diǎn)由于能量快速消耗反而導(dǎo)致穩(wěn)定期縮短，吞吐量降低。

4實驗結(jié)果和分析

為了驗證PHC協(xié)議的合理性和有效性，選取網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期和吞吐量作為評估標(biāo)準(zhǔn)，與其他分簇協(xié)議相比較，通過對協(xié)議進(jìn)行仿真實驗來評估混合路由協(xié)議的性能。

4.1仿真參數(shù)設(shè)置

仿真軟件為MATLAB2013a，具體仿真測試實驗所用參數(shù)的設(shè)置如表1所示。

表1　實驗參數(shù)

由于文獻(xiàn)[5]中提出了網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性(即網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期)與m×a的大小成線性關(guān)系，并且當(dāng)m×a=0.2時，節(jié)點(diǎn)對于小規(guī)模的異構(gòu)結(jié)構(gòu)較靈敏。隨著m×a的增加，當(dāng)m×a=0.2時，節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性的靈敏度增長的趨勢開始變小，所以m×a=0.2是一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此本文只分析了m=0.1，a=2和m=0.2，a=1這兩種特殊情況下網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期和吞吐量隨著參數(shù)b的變化情況?；谙嗤姆抡鎴鼍?，將PHC協(xié)議與Z-SEP協(xié)議、LEACH協(xié)議和SEP協(xié)議相比較，仿真結(jié)果具體分析如下。

4.2實驗結(jié)果與分析

網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期和吞吐量是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)。該協(xié)議通過引入高級能量的節(jié)點(diǎn)，并對網(wǎng)絡(luò)中不同能量級別的節(jié)點(diǎn)合理高效的分配，使得在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中簇頭的分布更為均勻，各節(jié)點(diǎn)的能量能被充分利用，從而延長第一個節(jié)點(diǎn)的死亡時間，同時使傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)的數(shù)據(jù)也大大的增多。

1)穩(wěn)定期的比較

圖4　m=0.1,a=2時網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期

圖4所示的是m=0.1，a=2，b=0.5時，各個協(xié)議網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定期的曲線圖。當(dāng)m=0.1，a=2時，參數(shù)b為集合A={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8}中的任一值，在b的每個取值下分別進(jìn)行30次仿真測試，并計算每個取值對應(yīng)的第一個節(jié)點(diǎn)死亡輪數(shù)的平均值，具體結(jié)果如表2所示。

表2　當(dāng)m=0.1,a=2時各協(xié)議的輪數(shù)

由表2計算可得， PHC協(xié)議的穩(wěn)定期比Z-SEP協(xié)議的穩(wěn)定期延長約1.55%～7.11%。

圖5　m=0.2，a=1時網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期

如圖5所示的則是m=0.2，a=1，b=0.7時，各個協(xié)議網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定期的曲線圖。當(dāng)m=0.2，a=1時，參數(shù)b為集合B={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7}中的任一值，對b的每個取值分別進(jìn)行30次仿真測試，并計算每個取值對應(yīng)的第一個節(jié)點(diǎn)死亡輪數(shù)平均值，具體結(jié)果如表3所示。

表3　當(dāng)m=0.2,a=1時各協(xié)議的輪數(shù)

由表3計算可得， PHC協(xié)議的穩(wěn)定期比Z-SEP協(xié)議的穩(wěn)定期延長約1.03%～5.02%。

通過表2和3觀察可以看出PHC協(xié)議的穩(wěn)定期比Z-SEP協(xié)議、SEP協(xié)議和LEACH協(xié)議的都長，證明了PHC協(xié)議比Z-SEP協(xié)議、SEP協(xié)議和LEACH協(xié)議更加穩(wěn)定，PHC協(xié)議性能優(yōu)越性得以證明。實驗表明，隨著參數(shù)b增加，PHC協(xié)議的穩(wěn)定期也隨之增長。

2)吞吐量

圖6　m=0.1,a=2時各協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量

如圖6所示的是m=0.1，a=2，b=0.8時，各個協(xié)議網(wǎng)絡(luò)吞吐量的曲線圖。當(dāng)m=0.1，a=2時，在參數(shù)b屬于集合A的情況下，對b的每個取值分別進(jìn)行30次仿真測試，并計算出在每個取值下節(jié)點(diǎn)成功傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)的數(shù)據(jù)總量平均值，具體結(jié)果如表4所示。

表4　當(dāng)m=0.1,a=2時各協(xié)議的數(shù)據(jù)總量

由表4計算可得，PHC協(xié)議成功傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)的數(shù)據(jù)比Z-SEP協(xié)議的數(shù)據(jù)多約7.14%～60.93%，即PHC協(xié)議的吞吐量更大。

圖7　m=0.2，a=1時各協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐量

如圖7所示的則是m=0.2，a=1，b=0.6時，各個協(xié)議網(wǎng)絡(luò)吞吐量的曲線圖，當(dāng)m=0.2，a=1時，參數(shù)b為集合B中的任一值，對b的每個取值分別進(jìn)行30次仿真測試，并計算出每個取值相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)成功傳輸至匯聚點(diǎn)的數(shù)據(jù)總量平均值，具體結(jié)果如表5所示。

表5　當(dāng)m=0.2,a=1時各協(xié)議的數(shù)據(jù)總量

由表5計算可得，PHC協(xié)議成功傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)的數(shù)據(jù)比Z-SEP協(xié)議的數(shù)據(jù)多約2.29%～23.70%。

通過表4和5觀察可以看出PHC協(xié)議的吞吐量比這些協(xié)議都大，由此可證PHC協(xié)議比其他幾個協(xié)議的性能都好。實驗表明，隨著參數(shù)b增加，PHC協(xié)議的吞吐量也隨之增加。

由于傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)常被部署在條件惡劣甚至人類無法接近的區(qū)域，如深?；蛏罹?。因而只能采取播撒或者隨機(jī)部署的方式，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的整體性能難以得到保障。因此在這些情況下，提高網(wǎng)絡(luò)的性能也變得更加重要，所以在遇到這些情況的時候，使用PHC協(xié)議可以根據(jù)具體的情況增加參數(shù)b的值延長穩(wěn)定期，提高吞吐量，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的性能。

5結(jié)束語

本文設(shè)計了一種新的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議(PHC協(xié)議)，它是一種3級異構(gòu)協(xié)議，核心思想是將3種不同能量的節(jié)點(diǎn)分別放在不同的區(qū)域，其中普通節(jié)點(diǎn)部署在0區(qū)直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)，高級節(jié)點(diǎn)的一半分別部署在1區(qū)和2區(qū)，中間節(jié)點(diǎn)的一半分別部署在3區(qū)和4區(qū)，并在這些區(qū)域中根據(jù)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)選舉簇頭，有效解決了在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中簇頭分布不均勻的問題，同時通過對節(jié)點(diǎn)高效合理的分配，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量，達(dá)到均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗的效果。研究結(jié)果表明，與已有的分簇協(xié)議、LEACH協(xié)議、SEP協(xié)議和Z-SEP協(xié)議相比較，PHC協(xié)議延長了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定期，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

參考文獻(xiàn)：

[1]HEINZELMAN W R，CHANDRAKASAN A，BALAKRISHNAN H. Energy-efficient communication protocol for wireless international conference on microsensor networks[C]//Proc.Hawaii International Conference on System Sciences.[S.l.]：IEEE，2000：1-10.

[2]QING L，ZHU Q，WANG M. Design of a distributed energy-efficient clustering algorithm for heterogeneous wireless sensor networks [J]. Computer communications，2006，29(12)：2230-2237.

[3]李龍，劉建明，李宏周，等. 基于節(jié)點(diǎn)剩余能量分布的簇頭選擇算法[J]. 計算機(jī)工程與設(shè)計，2014，35(4)：1136-1141.

[4]廖明華，張華，王東. 基于 LEACH 協(xié)議的簇頭選舉改進(jìn)算法 [J].計算機(jī)工程，2011，37(7)：112-114.

[5]宋倩倩，王宏剛，盧光躍. 基于灰色關(guān)聯(lián)度的 Leach 算法的改進(jìn)[J].電視技術(shù)，2015，39(3)：144-147.

[6]任克強(qiáng)，余建華，謝斌. 基于改進(jìn) LEACH 的多簇頭分簇路由算法[J].電視技術(shù)，2015，39(13)：69-72.

[7]SMARAGDAKIS G，MATTA I，BESTAVROS A.SEP： a stable election protocol for clustered heterogeneous wireless sensor networks [R]. Boston：Boston University Computer Science Department，2004.

[8]ADEROHUNMU F A，DENG J D，PURVIS M K. Enhancing clustering in wireless sensor networks with energy heterogeneity [J]. International journal of business data communications and networking，2011，7(4)： 18-32.

[9]FAISAL S，JAVAID N，JAVAID A，et al. Z-SEP： zonal-stable election protocol for wireless sensor networks [J]. arXiv preprint arXiv：13035364，2013，3(5)：132-139.

[10]ADEROHUNMU F A，DENG J D. An enhanced stable election protocol (SEP) for clustered heterogeneous WSN [C]// Proc. 9th International Symposium on Distributed Computing and Applications to Business，Engineering and Science.Hongkong，China：[s.n.]，2010：254-258.

[11]趙菊敏，張子辰，李燈熬. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈?zhǔn)絺鬏敺执芈酚蓞f(xié)議[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014，33(3)：135-138.

[12]李樹華，劉振宇，李迎秋. 能量自適應(yīng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議 [J]. 計算機(jī)工程與設(shè)計，2010，31(3)：504-507.

[13]張爽，王潛平，戴靠柱，等. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分區(qū)分簇路由協(xié)議的設(shè)計[J]. 計算機(jī)工程與設(shè)計，2011，32(4)：1220-1222.

[14]郭新.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究 [M]. 廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[15]龔海剛，劉明，王曉敏. TLTS： 大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下基于簇的兩級 TDMA調(diào)度協(xié)議[J]. 計算機(jī)研究與發(fā)展，2015，44(1)：71-77.

[16]李方敏，徐文君，劉新華，等. 無線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)中能量有效的實時分簇路由協(xié)議[J]. 計算機(jī)研究與發(fā)展，2015，45(1)：26-33.

[17]周新蓮，吳敏，徐建波. BPEC：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種能量感知的分布式分簇算法[J]. 計算機(jī)研究與發(fā)展，2015，46(5)：723-730.

[18]韓鵬瑋，王慶生，張博. 基于網(wǎng)格的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非均勻分簇算法[J]. 電視技術(shù)，2013，37(15)： 110-113.

[19]魏春娟，楊俊杰，張志美. 一種分布式能量有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議[J]. 傳感技術(shù)學(xué)報，2013，26(7)：1014-1018.

[20]郭文靜. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命期優(yōu)化路由協(xié)議的研究[D]. 上海：華東師范大學(xué)，2013.

責(zé)任編輯：許盈

Research on partition heterogeneous clustering protocol of wireless sensor networks

HU Chun′an, ZHANG Mengting

(SchoolofInformationEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,JiangxiGanzhou341000,China)

Abstract:Aiming at the problem of energy constraints and unbalanced energy consumption of routing protocols in wireless sensor network, a novel partition heterogeneous clustering protocol of wireless sensor networks (PHC protocol) is proposed. The core of the protocol is the node of three kinds of different energy levels according to the different energy are deployed in regions of different distances, clustering technology is utilized for higher energy the advanced nodes and intermediate nodes transmit data through the cluster head directly to sink, the ordinary nodes with lower energy transmit data directly to the sink. The simulation results show that, the protocol can distribute the cluster head evenly through the reasonable allocation of the nodes, better balance the energy consumption of nodes, prolong stable period of the network and improve the data throughput of the network, so as to improve the overall performance of the network.

Key words:wireless sensor networks; routing protocols; partition heterogeneous cluster; stable period; throughput

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.05.011

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(11461031)

作者簡介：

胡春安(1966— )，女，副教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為信息安全、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；

張夢婷(1990— )，女，碩士生，主研無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

收稿日期：2015-11-18

文獻(xiàn)引用格式：胡春安，張夢婷. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)異構(gòu)分簇協(xié)議研究[J].電視技術(shù)，2016，40(5)：48-53.

HU C A，ZHANG M T. Research on partition heterogeneous clustering protocol of wireless sensor networks[J].Video engineering，2016，40(5)：48-53.