无线传感器网络聚类路由算法的研究摘要：与传统的无线网络相比，无线传感器网络具有能量有限，高冗余低数据速率。能量效益是无线传感器网络关键的性能指标。在对无线传感器网络能量管理策略分析的基础上，我们发现影响能源消耗的主要因素是：感知数据，数据处理和无线电通信，无线电通信是能源消耗的主要部分。在无线传感器网络，能源效率的实现可在通信协议栈的不同层得到提高。然而，在物理层一定的基础上，提高能源效率主要是通过设计和实施网络层协议来实现的。研究人员一致认为，节点的聚类在无线传感器网络中是节约能源的一个有效的方案。本文致力于研究无线传感器网络中的聚类路由算法。无线传感器网络中的集群概念首先是在分组无线网络中提出的，主要是在用于分层路由。随着研究的不断深入，到今天为止，我们已经提出了大量的聚类算法来建设和维护的分簇网络结构。基于聚类的网络，可以减少路由算法开销和泛洪广播。因此，我们可以易于管理的移动节点和控制通道访问，并能提高网络资源的效率。（1）聚类结构在无线传感器网络中的影响：具体来说，聚类在无线传感器网络以下功能：·完成路由功能。由聚类算法产生的网络组织结构是路由算法的基础。第一集群充当一个路由器，负责路由信息的维护和分发。普通节点将传递需要的组到第一集群节点。在分簇结构中，它也可以使用分层路由算法，先验路由算法用于群集。在层次路由算法中，节点维护其他节点内完成的信息。而且在此算法中，它使用反应簇间路由协议减少通信和路由开销。·节点管理，如资源的重用，带宽，提供QoS。无线传感器网络面临的另一个挑战是如何有效地分配资源，从而可以以量化或统计的方式获得带宽。在蜂窝网络中资源的分配是相对容易实现的，直接或通过其他基站通信节点，每个移动节点可以得到带宽的要求，也就是说，它可以通过基站进行资源分配。然而，如果网络被分成基于集群的层次结构，那么蜂窝网络的方法就可以推广到无线传感器网络中。在每个簇中，第一群集节点可以控制业务要求和合理分配带宽。·数据融合的作用第一簇可以作为一个数据处理中心，普通节点将监测信息发送到第一群集节点。第一个群集节点将压缩和融合冗余信息，从而有效地减少网络负载，延长网络的寿命。（2）聚类算法的性能指标根据网络的系统要求聚类算法把网络分为几个集群。基本性能指标如下：·算法应充分分布。每个节点仅靠本地信息独立作出决定。·算法应该具有低时间复杂度和消息的复杂度。·算法运行后，网络中的节点被唯一标识，或簇头，或普通节点。·算法应具有良好的稳定性。在分簇网络结构，动态移动节点可以频繁地加入或离开集群，因为一些节点电池耗尽，会导致网络拓扑结构改变，从而影响稳定系统。更严重的是，群集节点的激烈流动性有时可能会导致第一群集节点的更新和网络的重新配置，频繁的更新第一群集节点会引入较大的计算和通信开销。这可能会严重影响其他网络协议的性能，如分组调度，路由和资源管理。·聚类分析算法，应该是简单而有效的。聚类算法的目标是构建一个可覆盖整个用户节点且可以更好地支持资源管理和路由协议互联的集群集合。为了减少聚类算法带来的通信和计算开销，当只有少数节点缓慢运动和拓扑变化时，聚类机制应尽量保持原有的结构。这样，它可以减少集群重组带来的开销，提高了网络的整体效益。二分簇路由算法LEACH算法是现有无线传感器网络聚类算法中具有代表性的算法。1）LEACH算法过程LEACH是低功耗，自适应和聚类的路由算法，是由麻省理工学院的Chandrakasan为WSN而发明的。和一般的平面多跳路由协议和静态聚类算法相比，LEACH能将网络的生命周期延长15％，这主要是通过随机选择分簇主节点和平等地共享中继通信服务来实现的。LEACH协议定义了“回合”的概念。一个回合由两个阶段构成，即初始阶段和稳定阶段。为了节省资源开销，稳定阶段的持续时间要大于建立阶段的持续时间。在簇建立阶段，簇头节点选择过程如下：传感器节点产生一个0-1之间的随机数。如果这个随机数小于阈值T（N），那么它就成为簇头节点，并向集群中的节点广播消息进行通知。在循环中的每一轮，如果某个节点已经当选簇头节点，那么他就把T（N）置0，这样该节点在下一轮的重构中将不能再被选为簇头。对于没有当选为簇头的节点，它会依T（N）的概率被选为簇头节点。随着已当选簇头节点数目的增加，未当选节点的阈值T（n）越来越大，节点产生的随机数小于T（N）的概率也越来越大，因此，一个节点成为簇头节点的概率就越大。当只剩一个节点未当选时，T（N）=1，所以这个节点将成为簇头。T（N）公式可表示为：P为节点成为簇头节点的百分数，r为当前轮数，G为在最近的1/p轮中未当选簇头的节点集合。选定簇头节点后，通过广播告知整个网络。网络中的其他节点根据接收信息的信号强度决定从属