基于圓環(huán)分區(qū)的非均勻分簇路由協(xié)議

鄭文軍，陳輝

(安徽理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

0 引言

隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)應(yīng)用領(lǐng)域的增多，其相關(guān)理論和技術(shù)的研究也得到越來(lái)越多的學(xué)者的重視，目前已成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究的一個(gè)重要研究方面。傳統(tǒng)WSNs中傳感器節(jié)點(diǎn)大多以逐跳轉(zhuǎn)發(fā)方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站(Sink節(jié)點(diǎn))，距離基站較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)會(huì)以靠近基站較近的節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站。這會(huì)加重基站附近轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，提前耗盡能量而死亡，并加速了該死亡節(jié)點(diǎn)附近區(qū)域節(jié)點(diǎn)的死亡速度，最終造成網(wǎng)絡(luò)分割，影響網(wǎng)絡(luò)生存周期[1]。該問(wèn)題也被稱為“熱區(qū)”問(wèn)題。如何有效解決“熱區(qū)”問(wèn)題，充分利用網(wǎng)絡(luò)能量是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議亟待解決的關(guān)鍵之一。

目前，大量高效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“熱區(qū)”問(wèn)題解決方法被眾多學(xué)者所提出。LEACH[2]是WSNs中最早提出的層次型路由協(xié)議，它在節(jié)約能量方面相對(duì)于平面路由協(xié)議效果更好，但是在簇首選舉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)簇首分布不均和低能量節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首的問(wèn)題[3]。文獻(xiàn)[4-5]分別提出了基于區(qū)域劃分的分簇路由協(xié)議MEET和DREEM-ME，通過(guò)將隨機(jī)分布的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域劃分來(lái)達(dá)到簇首分布均勻的目的，同時(shí)處于同一區(qū)域的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)簇并根據(jù)剩余能量選舉簇首。該協(xié)議使得節(jié)點(diǎn)能耗更加均衡，但是分布不夠合理，簇首選擇標(biāo)準(zhǔn)單一，“熱區(qū)”問(wèn)題未能有效解決。針對(duì)MEET和DREEM-ME的缺陷，文獻(xiàn)[6]提出了一種基于分區(qū)的能耗均衡路由協(xié)議，將節(jié)點(diǎn)基于位置劃分，建立若干分布均勻的簇，限制了簇首分布的隨機(jī)性。但是文獻(xiàn)[7]中模擬實(shí)驗(yàn)表明，在節(jié)點(diǎn)能量均勻、單一靜態(tài)Sink節(jié)點(diǎn)的WSNs中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)生命結(jié)束時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中可能有高達(dá)90%的能量沒(méi)有得到利用，而采用節(jié)點(diǎn)能量不均勻策略，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)能量的利用率。因此，對(duì)于分簇網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)簇與Sink節(jié)點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近采用非均勻分簇方法可以使得簇與簇之間能量不均等，進(jìn)而可以達(dá)到均衡網(wǎng)絡(luò)能耗的目的。

文獻(xiàn)[8]提出基于分環(huán)思想的非均勻分簇路由算法RBMC，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為等間距同心圓環(huán)模型，計(jì)算最佳簇首個(gè)數(shù)來(lái)均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，達(dá)到了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的，但是文獻(xiàn)[8]仍然采用LEACH閾值公式選舉簇首，沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)能量與節(jié)點(diǎn)位置等因素。針對(duì)RBMC的缺陷，文獻(xiàn)[9]提出了ERBMC算法，通過(guò)在LEACH閾值公式中增加能量因素，并采用多輪選擇確定最優(yōu)簇首；文獻(xiàn)[10]提出了一種能量高效的非均勻分簇算法，在“熱區(qū)”內(nèi)選取多個(gè)能量較高的節(jié)點(diǎn)直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至基站，均衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載，非“熱區(qū)”內(nèi)根據(jù)距離基站距離形成大小異構(gòu)的簇來(lái)提高節(jié)點(diǎn)能量利用率；但是文獻(xiàn)[9-10]的簇首選舉方式都是基于LEACH的基礎(chǔ)之上，導(dǎo)致簇首分布的隨機(jī)性較大。文獻(xiàn)[11]提出一種非均勻分簇路由協(xié)議UCRP，通過(guò)簇首能量以及節(jié)點(diǎn)與基站間的距離來(lái)控制簇的大小，減小基站周邊簇首的接收能耗，能夠有效延長(zhǎng)局部節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間，但是基于競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的簇頭仍然存在能量浪費(fèi)問(wèn)題，因?yàn)楹蜻x簇頭較多，需要競(jìng)爭(zhēng)的次數(shù)也較多。

本文提出的路由協(xié)議RPRP借鑒了上述算法的優(yōu)點(diǎn)。首先，在區(qū)域劃分方面，將圓形網(wǎng)絡(luò)劃分成若干環(huán)，根據(jù)最優(yōu)簇首數(shù)再將每層環(huán)內(nèi)劃分成若干個(gè)區(qū)間，使得同一環(huán)內(nèi)簇大小同構(gòu)，不同環(huán)內(nèi)簇大小異構(gòu)；然后，在簇首選舉方面，每個(gè)分區(qū)內(nèi)通過(guò)考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量和簇內(nèi)能耗最小兩個(gè)因素來(lái)選舉最佳簇首；最后，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方面，通過(guò)三重約束條件來(lái)保證傳輸路徑最短的同時(shí)緩解內(nèi)環(huán)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。RPRP協(xié)議避免上述文獻(xiàn)中出現(xiàn)的簇首分布不均，考慮因素單一等問(wèn)題，且能夠有效地均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，緩解“熱區(qū)效應(yīng)”。

1 網(wǎng)絡(luò)與能耗模型

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

假設(shè)監(jiān)測(cè)區(qū)域被橫向劃分成若干個(gè)環(huán)形區(qū)域，縱向劃分成若干個(gè)扇形區(qū)域。若傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在網(wǎng)絡(luò)中，可能會(huì)使得基站附近節(jié)點(diǎn)較少或部分區(qū)域因缺少節(jié)點(diǎn)而產(chǎn)生空白區(qū)域，容易造成能量空洞，故網(wǎng)絡(luò)模型具有以下性質(zhì):

1)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)均勻地分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域中。

2)Sink位于圓環(huán)的幾何中心點(diǎn)即圓心位置，能量不受限且不可移動(dòng)。3)所有節(jié)點(diǎn)都具有唯一標(biāo)識(shí)，且能量有限。4)節(jié)點(diǎn)位置信息已知，且發(fā)射功率可調(diào)節(jié)。

1.2 能耗模型

如圖1所示為網(wǎng)絡(luò)能耗模型圖，能耗模型參考主要文獻(xiàn)[12]。傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射器發(fā)送kbit數(shù)據(jù)給相距為d的節(jié)點(diǎn)的能量消耗公式如下:

節(jié)點(diǎn)接收其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的kbit數(shù)據(jù)所消耗的能量為:

式中:Eelec為節(jié)點(diǎn)發(fā)送或者接收1bit數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部電路所消耗的能量，d為節(jié)點(diǎn)間距離，d0為節(jié)點(diǎn)通信閾值，d0為節(jié)點(diǎn)通信閾值當(dāng)d＜d0時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送能耗符合自由空間模型，否則，其能耗符合快衰落模型，εfs和εmp為相應(yīng)衰落的能耗系數(shù)。由于簇頭節(jié)點(diǎn)的融合能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于簇頭間的傳輸能耗，故本文忽略數(shù)據(jù)融合能耗。

圖1 網(wǎng)絡(luò)能耗模型圖

2 RPRP方案設(shè)計(jì)

2.1 基本思想

本文提出的RPRP路由協(xié)議，將圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成多個(gè)環(huán)并以網(wǎng)絡(luò)能耗最小為依據(jù)計(jì)算出最優(yōu)簇首數(shù)目，避免了選舉的簇首數(shù)量過(guò)多或過(guò)少，使得網(wǎng)絡(luò)分簇更加合理。根據(jù)計(jì)算出的簇首數(shù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理的區(qū)間劃分，在每個(gè)分區(qū)內(nèi)選舉出一個(gè)簇首，解決了簇首分布的隨機(jī)性問(wèn)題；由于網(wǎng)絡(luò)非均勻劃分，距離基站越近，分區(qū)面積越小，簇的面積也越小，簇首能夠提供充足的能量轉(zhuǎn)發(fā)上游簇首的數(shù)據(jù)，能夠有效緩解“熱區(qū)”問(wèn)題，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)能耗均衡的目的。然后綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量和簇內(nèi)能耗均衡2個(gè)因素選舉簇首，提高了簇首選擇的合理性。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段通過(guò)三重條件約束選擇出路徑最短，能耗較小的下一跳中繼節(jié)點(diǎn)，能夠有效緩解內(nèi)環(huán)壓力，提高網(wǎng)絡(luò)性能。

2.2 非均等分區(qū)

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)分環(huán)

RPRP協(xié)議首先對(duì)圓形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分環(huán)操作。初始化建立一個(gè)圓環(huán)形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，每層圓的半徑ri=r+(i-1)δ。假設(shè)該圓形監(jiān)測(cè)區(qū)域的半徑為R，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為N，節(jié)點(diǎn)初始能量為E0，網(wǎng)絡(luò)被劃分成H環(huán)(從內(nèi)向外依次為 1，2，3…H)，除首環(huán)(第 1 環(huán))外，其余每層環(huán)被劃分成m個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間內(nèi)有一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)。每層環(huán)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為Ni，則有

本文采用簇內(nèi)單跳簇間多跳的通信方式，外環(huán)簇首節(jié)點(diǎn)通過(guò)內(nèi)環(huán)簇首節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。靠近基站的節(jié)點(diǎn)既為源節(jié)點(diǎn)，又為中繼節(jié)點(diǎn)，故節(jié)點(diǎn)距離基站越近，負(fù)載越大，如何處理該問(wèn)題是緩解“熱區(qū)”的一個(gè)關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)[13]可知，當(dāng)首環(huán)半徑r滿足:

首環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送數(shù)據(jù)到基站更節(jié)約能量。

圖2RPRP的分環(huán)模型圖

2.2.2 最優(yōu)簇首數(shù)計(jì)算

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)總的能量消耗Etotal主要分為簇內(nèi)傳輸總能耗Elocal和簇間傳輸總能耗Eexter。其中簇內(nèi)傳輸總能耗主要包括以下3部分:

①首環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送數(shù)據(jù)給基站的能耗；

②第i(2≤i≤H)環(huán)內(nèi)的成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送能耗；

③第i(2≤i≤H)環(huán)內(nèi)的簇首節(jié)點(diǎn)接收能耗。

綜合上述3點(diǎn)可得出每一輪數(shù)據(jù)周期第i環(huán)的簇內(nèi)傳輸能耗為:

其中:Ri表示第i(i≠1)環(huán)每個(gè)區(qū)間內(nèi)簇的半徑大小，可近似為:

簇間傳輸能耗主要包括兩方面:外環(huán)簇首的發(fā)送能耗和內(nèi)環(huán)簇首的接收能耗。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的簇間傳輸能耗主要包括以下4個(gè)部分:

①首環(huán)內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)接收外環(huán)簇首數(shù)據(jù)的接收能耗。

②第2環(huán)簇首節(jié)點(diǎn)與首環(huán)內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)的通信能耗以及接收外環(huán)簇首數(shù)據(jù)的接收能耗。

③第3環(huán)到第H-1環(huán)內(nèi)，簇首發(fā)送數(shù)據(jù)給內(nèi)環(huán)簇首的發(fā)送能耗和接收上游簇首數(shù)據(jù)的接收能耗。

④第H環(huán)簇首的發(fā)送能耗。因?yàn)榈贖環(huán)為最外環(huán)，不需要承擔(dān)外環(huán)簇首的數(shù)據(jù)中繼責(zé)任。

綜合上述4點(diǎn)可得出每一輪數(shù)據(jù)采集周期第i環(huán)的簇間傳輸能耗為:

其中:d1-2表示第2環(huán)分區(qū)內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)到首環(huán)成員節(jié)點(diǎn)的距離。其距離平方的期望E[d21-2]，有

綜合公式(6)和(7)可得出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集一周的通信總能耗為:

其中Etotal是一個(gè)關(guān)于m的函數(shù)，對(duì)其求極值可得最優(yōu)簇首數(shù)mopt。

2.3 簇的形成

分區(qū)內(nèi)成簇主要包含簇的劃分和簇頭的選舉。

2.3.1 簇的劃分

如圖3所示，圓形網(wǎng)絡(luò)被劃分成H環(huán)，每層環(huán)形區(qū)域被劃分為mopt個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間即一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)簇。記S(i，j)為區(qū)域中第i層的第j個(gè)區(qū)間，i?{1，2，3，...H}，j?{1，2，3，...mopt}。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可根據(jù)自身的位置信息，獲得相對(duì)于基站的角度和距離信息，記s(k)為第k個(gè)節(jié)點(diǎn)，s(k).angle和s(k).dista分別為該節(jié)點(diǎn)相對(duì)于基站的角度和距離。s(k).layer和s(k).sec為該節(jié)點(diǎn)所屬的層和在該層的分區(qū)，若節(jié)點(diǎn)的方位滿足:

則s(k).layer=i，s(k).sec=j即確定了節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)，該分區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)就構(gòu)成了一個(gè)簇區(qū)域。

圖3RPRP的分區(qū)模型圖

2.3.2 簇頭的選舉

本文在分區(qū)中選舉簇首時(shí)，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)能量和簇內(nèi)能耗兩個(gè)因素，合理選舉簇首。

剩余能量因子反映了節(jié)點(diǎn)能量剩余的多少。若Ei越大，則表示剩余能量越多且消耗量越少，更適合作簇首節(jié)點(diǎn)。

簇內(nèi)能耗因素Di表示節(jié)點(diǎn)i與所在分區(qū)內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)的距離平方和，由能耗模型可知，Di越小，簇內(nèi)總能耗越小，越適合作簇首節(jié)點(diǎn)。

定義節(jié)點(diǎn)權(quán)值公式如下:

網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)公式(12)計(jì)算自己的value值并廣播給所在分區(qū)內(nèi)的其余節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分區(qū)內(nèi)value值最大的節(jié)點(diǎn)成為簇首。簇首選舉結(jié)束之后，簇首廣播消息宣布成為簇首節(jié)點(diǎn)，所在分區(qū)內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)加入該簇首，實(shí)現(xiàn)分區(qū)內(nèi)成簇。

2.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，距離基站較遠(yuǎn)的外環(huán)簇首需通過(guò)內(nèi)環(huán)簇首中繼將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站。如何選擇合適的中繼簇首是本文協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)的中繼簇首選擇策略按照以下3個(gè)條件為約束，既能夠保證通信路徑最短，同時(shí)又能減少網(wǎng)絡(luò)總能耗。

約束條件:1)外環(huán)簇首只能以同一扇形區(qū)域的內(nèi)環(huán)簇首為中繼節(jié)點(diǎn)；2)外環(huán)簇首與下一跳簇首間的距離應(yīng)小于通信閾值d0；3)當(dāng)外環(huán)簇首有多個(gè)符合條件的下一跳簇首時(shí)，以文獻(xiàn)[11]中的能量開(kāi)銷Erelay為依據(jù)選擇合適的下一跳中繼節(jié)點(diǎn)。

能量開(kāi)銷的計(jì)算依據(jù)為:

其中:d2(si,sj)表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的距離平方，d2(sj,BS)表示節(jié)點(diǎn)j與基站的距離平方。

同一扇形區(qū)域內(nèi)的下一跳簇首選擇流程如下:

步驟1:初始化節(jié)點(diǎn)。所有節(jié)點(diǎn)初始能量相同且隨機(jī)均勻分布在網(wǎng)絡(luò)中。

步驟2:節(jié)點(diǎn)分級(jí)。與基站距離小于d0的簇首節(jié)點(diǎn)為一級(jí)簇首，與一級(jí)簇首距離小于d0的外環(huán)簇首節(jié)點(diǎn)為二級(jí)簇首，以此類推確定所有簇首等級(jí)。

步驟3:二級(jí)簇首將一級(jí)簇首作為中繼節(jié)點(diǎn)，一級(jí)簇首則直接與基站通信。當(dāng)二級(jí)簇首有不止一個(gè)一級(jí)簇首可以選擇時(shí)，選擇能量開(kāi)銷Erelay最小的一級(jí)簇首作為中繼節(jié)點(diǎn)。

步驟4:按照步驟3，依次確定所有簇首的等級(jí)，直至鏈路建立完成。

以圖4為例，0表示基站，1-5分別為各分區(qū)內(nèi)的簇首節(jié)點(diǎn)。圖4(a)表示各節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系，其中1、2與基站直接通信為一級(jí)簇首，3、4以一級(jí)簇首為中繼節(jié)點(diǎn)為二級(jí)簇首，5為三級(jí)簇首。簇首3、5通過(guò)計(jì)算各自的能量開(kāi)銷Erelay選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)，最終形成如圖4(b)所示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸路徑圖

3 仿真及結(jié)果分析

本文使用 MATLAB對(duì) LEACH、UCRP和RPRP進(jìn)行仿真，由于本文提出的RPRP主要針對(duì)于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，故在節(jié)點(diǎn)存活數(shù)目和存活節(jié)點(diǎn)平均剩余能量?jī)煞矫鎭?lái)衡量本文協(xié)議的性能。

LEACH、UCRP和RPRP三種協(xié)議節(jié)點(diǎn)隨機(jī)均勻分布在半徑為R=200 m的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)。首環(huán)半徑r取值過(guò)大會(huì)增加距離基站較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，不利于均衡“熱區(qū)”內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗，本文首環(huán)半徑取r=40 m，其余仿真環(huán)境參數(shù)如表1所示。通過(guò)設(shè)置環(huán)間距來(lái)計(jì)算不同環(huán)間距下網(wǎng)絡(luò)劃分環(huán)數(shù)H以及最優(yōu)分區(qū)數(shù)mopt，具體參數(shù)如表2所示。

當(dāng)環(huán)間距過(guò)小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的簇首數(shù)量會(huì)較多，當(dāng)環(huán)間距過(guò)大時(shí)，相鄰兩層間的簇首距離過(guò)大。故本文以環(huán)間距為30 m、40 m、50 m和60 m時(shí)的10%節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間作為參考依據(jù)選擇出較優(yōu)的環(huán)間距。當(dāng)環(huán)間距為30 m時(shí)，簇首劃分?jǐn)?shù)量較多，增加了網(wǎng)絡(luò)的通信能耗；當(dāng)環(huán)間距為50 m和60 m時(shí)，相鄰環(huán)簇首間的距離可能會(huì)超過(guò)通信閾值d0，會(huì)增加更多的通信能耗；當(dāng)環(huán)間距40 m時(shí)，網(wǎng)絡(luò)被均等劃分，各環(huán)之間的間距均相等，不會(huì)導(dǎo)致最外環(huán)的簇過(guò)小而影響網(wǎng)絡(luò)的生命周期。如圖5所示，不同環(huán)間距下網(wǎng)絡(luò)中10%節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間對(duì)比可知，當(dāng)δ=40時(shí)，效果最佳。

表1 仿真環(huán)境參數(shù)

表2 環(huán)間距與分區(qū)數(shù)確定

圖5 環(huán)間距與生存周期關(guān)系

圖6是LEACH協(xié)議、UCRP協(xié)議以及RPRP協(xié)議3種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)存活節(jié)點(diǎn)平均剩余能量關(guān)系圖。從圖中可以看出，本文提出的RPRP協(xié)議較其他兩種協(xié)議相比存活節(jié)點(diǎn)平均剩余能量坡度更小，能量消耗更加均衡，在處理“熱區(qū)”問(wèn)題方面效果更好，網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間也更加持久。

圖6 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均剩余能量對(duì)比

圖7是LEACH、UCRP以及RPRP三種協(xié)議的存活節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)關(guān)系圖。從圖中可以得出，應(yīng)用本文提出的RPRP算法時(shí)，雖然首個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間早于UCRP協(xié)議，但是從總體來(lái)看相較于LEACH和UCRP網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)存活個(gè)數(shù)更多。同時(shí)可以看出，相較于均勻分簇協(xié)議，在均衡網(wǎng)絡(luò)能耗方面非均勻分簇協(xié)議效果更佳。

圖7 網(wǎng)絡(luò)存活節(jié)點(diǎn)數(shù)量對(duì)比

圖8是三種協(xié)議在以基站為中心的80m范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)死亡率對(duì)比圖，從圖中的對(duì)比情況我們可以得知，本文協(xié)議能夠使得距離基站較近的節(jié)點(diǎn)存活的更久，在解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“熱區(qū)”問(wèn)題上效果更佳。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種圓環(huán)分區(qū)的非均勻分簇路由協(xié)議RPRP，RPRP能夠合理劃分網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)絡(luò)總能耗最小。同時(shí)，在每個(gè)分區(qū)內(nèi)根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量及簇內(nèi)能耗最小為依據(jù)選舉出簇首節(jié)點(diǎn)，保證簇首選擇的合理性。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，通過(guò)三重條件約束，既保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗較小，又能使得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑最短，有效緩解了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)環(huán)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。

圖8 基站附近節(jié)點(diǎn)死亡對(duì)比