無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和收集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域中不同監(jiān)控對(duì)象的信息，并將信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)相關(guān)點(diǎn)。它具有快速發(fā)展和較高的抗破壞性，并且具有廣闊的應(yīng)用前景。該網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于布線和電源供給困難的區(qū)域、人員不能到達(dá)的區(qū)域(如受到污染、環(huán)境不能被破壞或敵對(duì)區(qū)域)和一些臨時(shí)場(chǎng)合(如發(fā)生自然災(zāi)害時(shí),固定通信網(wǎng)絡(luò)被破壞)。它是一種特殊的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò),具有快速展開(kāi),抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧從底層到高層依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量資源、計(jì)算能力、通信帶寬、存儲(chǔ)容量都非常有限,而且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量密集的傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,這就決定了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧各層的設(shè)計(jì)都必須以能源有效性為首要的設(shè)計(jì)要素。其中,在網(wǎng)絡(luò)層,提高網(wǎng)絡(luò)通信連接性、降低能量損耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)有效路由算法的核心目標(biāo)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)已成為目前研究熱點(diǎn)。本文的主要內(nèi)容安排如下:第1節(jié)主要描述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的性能評(píng)價(jià)指標(biāo);無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型路由算法及其分析在第2節(jié)中進(jìn)行詳盡地說(shuō)明;第3節(jié)中提出了一種適合于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的路由算法設(shè)計(jì),并指明研究進(jìn)展及未來(lái)研究方向;全文總結(jié)在第4節(jié)中給出。1傳感系統(tǒng)性能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是,能夠建立能源有效性路徑,提高路由的容錯(cuò)能力,形成可靠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,延長(zhǎng)最大網(wǎng)絡(luò)生命周期。評(píng)價(jià)一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的性能,一般包含網(wǎng)絡(luò)生命周期、傳輸延遲、路徑容錯(cuò)性、可擴(kuò)展性等指標(biāo)。(1)網(wǎng)絡(luò)生命周期,是指網(wǎng)絡(luò)從開(kāi)始正常運(yùn)行到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡而消亡所經(jīng)歷的時(shí)間。(2)傳輸延遲,是指從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(Sink)發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求到接收返回?cái)?shù)據(jù)的時(shí)間延遲。(3)路徑容錯(cuò)性,是指?jìng)鞲泄?jié)點(diǎn)容易因?yàn)槟茉春谋M或環(huán)境干擾而失效,部分傳感節(jié)點(diǎn)的失效不應(yīng)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。(4)可擴(kuò)展性,是指針對(duì)特定的應(yīng)用場(chǎng)合,網(wǎng)絡(luò)中可能需要成百上千個(gè)傳感節(jié)點(diǎn),路由設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足大量節(jié)點(diǎn)協(xié)作,適合于不同規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有無(wú)全局標(biāo)識(shí)、節(jié)點(diǎn)較少移動(dòng)、多對(duì)一通信、數(shù)據(jù)冗余大和資源受限強(qiáng)等特點(diǎn),包括無(wú)線AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議在內(nèi)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議已經(jīng)無(wú)法直接應(yīng)用到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。目前,已經(jīng)提出了許多新的適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法,見(jiàn)文獻(xiàn)。按照現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn),可以將它們分為洪泛式路由、以數(shù)據(jù)為中心的路由、層次式路由、基于位置信息的路由等四種類型。2.1flooding算法洪泛式路由是一種傳統(tǒng)的路由算法。它不要求維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),也無(wú)需進(jìn)行路由計(jì)算。接收到消息的節(jié)點(diǎn)以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組,直到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)分組為止,或者達(dá)到為該數(shù)據(jù)分組所設(shè)定的最大跳數(shù),或者所有節(jié)點(diǎn)都擁有此數(shù)據(jù)副本為止。其中,典型的路由算法有泛洪算法(Flooding)、閑聊算法(Gossiping)。Flooding算法是一種較直接的實(shí)現(xiàn)方法,它不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由計(jì)算,接收到消息的節(jié)點(diǎn)以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包給所有的鄰節(jié)點(diǎn),這個(gè)過(guò)程重復(fù)執(zhí)行,直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地或者預(yù)先設(shè)定的最大跳數(shù)已經(jīng)達(dá)到。但消息的“內(nèi)爆”(Implosion)、“重疊”(Overlap),以及“盲目使用資源”(ResourceBlindness)是其固有的缺陷。Gossiping算法,是Flooding的改進(jìn)版本,克服了Flooding的“內(nèi)爆”和“重疊”的缺陷。為節(jié)約能量,Gossiping使用隨機(jī)性原則,節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)它接收到的數(shù)據(jù)分組,而不是采用廣播形式。盡管這種方法避免了消息的“內(nèi)爆”現(xiàn)象,但是仍然無(wú)法解決部分重疊現(xiàn)象和盲目使用資源問(wèn)題,同時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生數(shù)據(jù)重發(fā)現(xiàn)象,可能增加端到端的數(shù)據(jù)平均傳輸延時(shí)。2.2網(wǎng)絡(luò)路由自組織路由層次式路由的基本思想是將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇,節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)往“簇首”節(jié)點(diǎn),通過(guò)簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)融合,再將數(shù)據(jù)發(fā)送出去,從而減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。其中,典型的路由算法主要有:低能自適應(yīng)聚類路由算法(LEACH,LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)、門限敏感的高效能耗傳感器網(wǎng)絡(luò)算法(TEEN,ThresholdSensitiveEnergyEfficientSensorNetworkProtocol)。LEACH算法是一種有效的自組織路由算法,它通過(guò)動(dòng)態(tài)的方式來(lái)選擇簇,并隨機(jī)選擇“簇首”,從而能夠使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均分擔(dān)通信業(yè)務(wù),同時(shí),數(shù)據(jù)融合技術(shù)的采用,可以減少大量冗余信息的傳輸。TEEN算法被設(shè)計(jì)為適用于響應(yīng)型應(yīng)用環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)路由算法,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)與軟、硬門限值進(jìn)行比較,來(lái)決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)。該算法通過(guò)合理的設(shè)置硬門限和軟門限,僅僅傳輸用戶感興趣的信息,從而可以有效地降低系統(tǒng)的通信流量以降低系統(tǒng)的功耗。2.3基于局部轉(zhuǎn)發(fā)的視頻監(jiān)控算法基于位置信息的路由主要利用節(jié)點(diǎn)的位置信息來(lái)建立有效的傳輸路徑,因而需要定位技術(shù)的支持。這種類型的路由算法都假設(shè)各節(jié)點(diǎn)的位置信息已知,每個(gè)節(jié)點(diǎn)僅僅需要了解其鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息,而不需要了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?。?jié)點(diǎn)通過(guò)判斷鄰節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置,從而決定其下一跳節(jié)點(diǎn)。其中,典型的路由算法主要有:無(wú)狀態(tài)的貪婪周邊路由(GPSR,GreedyPerimeterStatelessRoutingforWirelessNetworks)、傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于位置的能效路由(GPER,GeographicPowerEfficientRoutingInSensorNetworks)。GPSR算法的主要思想是節(jié)點(diǎn)從其鄰節(jié)點(diǎn)集中,選擇距網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn);對(duì)于網(wǎng)絡(luò)“空洞”問(wèn)題,采用周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式進(jìn)行迂回選路。不斷進(jìn)行此過(guò)程,從而最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。GPER算法的主要思想是將向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程,看成是由許多向子目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程組成,通過(guò)子目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的逐步建立,最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。該算法從能效方面作了簡(jiǎn)單考慮,根據(jù)距離遠(yuǎn)近,合理的選擇下一跳節(jié)點(diǎn)來(lái)傳送數(shù)據(jù)。2.4傳感器路由算法以數(shù)據(jù)為中心的路由,提出對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)用特定的描述方式來(lái)命名,采用查詢驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸模式將所有的數(shù)據(jù)通信都限制在局部范圍內(nèi)。這種方式的通信不再依賴于特定的節(jié)點(diǎn),而是依賴于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù),從而減少了網(wǎng)絡(luò)中傳送的大量冗余數(shù)據(jù),降低了不必要的開(kāi)銷,從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。其中,典型的路由算法主要有:通過(guò)協(xié)商的傳感器路由算法(SPIN,SensorProtocolsForInformationViaNegotiation)、定向擴(kuò)散路由算法(DirectedDiffusion)。SPIN算法通過(guò)協(xié)商機(jī)制來(lái)解決泛洪算法中的“內(nèi)爆”和“重疊”問(wèn)題。傳感器節(jié)點(diǎn)僅廣播采集數(shù)據(jù)的描述信息,當(dāng)有相應(yīng)的請(qǐng)求時(shí),才有目的地發(fā)送數(shù)據(jù)信息。然而,由于SPIN算法每次發(fā)送數(shù)據(jù)包前都需要發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)包,因而數(shù)據(jù)傳輸延遲較大。在需要發(fā)送較多數(shù)據(jù)時(shí),延遲顯著加大,同時(shí)帶來(lái)一些不必要的能量消耗。DirectedDiffusion算法是以數(shù)據(jù)為中心的路由算法發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)里程碑,是以數(shù)據(jù)為中心的路由算法中的典范。該算法的主要思想是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)用一組屬性對(duì)命名,數(shù)據(jù)的傳輸路徑由節(jié)點(diǎn)同其相鄰節(jié)點(diǎn)交互決定,同時(shí)引入梯度變量的概念來(lái)處理對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢。它采用鄰節(jié)點(diǎn)間通信的方式來(lái)避免維護(hù)全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?通過(guò)查詢驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送模式和局部數(shù)據(jù)融合而減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流,因此是一種高能源有效性的算法。2.5跳節(jié)點(diǎn)集及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合上文對(duì)典型路由算法的主要設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了描述,可以看出,不同的路由算法設(shè)計(jì)有其各自的特點(diǎn)及適用性。洪泛式路由的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,在節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的情況下,是一個(gè)不錯(cuò)的選擇?！皟?nèi)爆”和“重疊”問(wèn)題是其固有的缺陷,但是如果只是通過(guò)發(fā)送查詢廣播數(shù)據(jù)包進(jìn)行尋路過(guò)程,并不進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的傳輸,那么“內(nèi)爆”和“重疊”問(wèn)題就不復(fù)存在。這時(shí),原先所謂的“內(nèi)爆”問(wèn)題恰恰為我們提供了多個(gè)下一跳節(jié)點(diǎn)供選路策略進(jìn)行優(yōu)化選擇,冗余的下一跳節(jié)點(diǎn)作為路徑備份,增強(qiáng)了路由的容錯(cuò)能力。與采集數(shù)據(jù)的傳輸能量相比,由于查詢數(shù)據(jù)包一般都很小,因此消耗能量很少。只要保證下一跳節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)數(shù)不要過(guò)多,那么在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有限的存儲(chǔ)空間內(nèi)保存其對(duì)應(yīng)的下一跳節(jié)點(diǎn)集完全可以接受。在選路的過(guò)程中,若能針對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量進(jìn)行適當(dāng)考慮,那么“盲目使用資源”問(wèn)題可以得到解決。層次式路由可以降低節(jié)點(diǎn)協(xié)作復(fù)雜性、減少數(shù)據(jù)傳輸冗余度。這種路由設(shè)計(jì)邏輯上將網(wǎng)絡(luò)分成不同的簇,可以將網(wǎng)絡(luò)視為由簇組成,因此,網(wǎng)絡(luò)由對(duì)大量節(jié)點(diǎn)的管理轉(zhuǎn)化為對(duì)較少量簇的管理,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)大量節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作轉(zhuǎn)化為簇內(nèi)少量節(jié)點(diǎn)的協(xié)作。同時(shí),在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境下,人們通常關(guān)心的并非特定節(jié)點(diǎn)的采集信息,而是某區(qū)域的綜合信息;在相同區(qū)域內(nèi),各節(jié)點(diǎn)的采集信息中存在大量冗余。采用簇結(jié)構(gòu)符合無(wú)線傳感器的應(yīng)用需要,也更加便于使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)?；谖恢眯畔⒌穆酚蓪?shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的尋路過(guò)程。根據(jù)位置信息來(lái)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)能夠避免尋路的盲目性。在遇到“空洞”問(wèn)題時(shí),盡管采用周邊轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制選擇的路徑能效不高,但是這種機(jī)制的存在可以為點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸提供良好的路徑容錯(cuò)性。然而,這種路由設(shè)計(jì)缺乏數(shù)據(jù)冗余方面的考慮,不能有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。以數(shù)據(jù)為中心的路由可以使網(wǎng)絡(luò)僅傳輸用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)信息,避免其它無(wú)用信息的傳輸造成網(wǎng)絡(luò)能量的多余損耗,能夠有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。查詢驅(qū)動(dòng)模式、軟硬門限設(shè)定等方法均可以保證網(wǎng)絡(luò)僅傳輸符合一定要求的采集數(shù)據(jù)。這種路由設(shè)計(jì)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行考慮,主要用于不需要持續(xù)監(jiān)測(cè)各個(gè)區(qū)域方面的工程應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域受到一定限制。同時(shí),不難看出,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由算法的設(shè)計(jì)需要相關(guān)技術(shù)的支持。比如,LEACH、TEEN、DirectedDiffusion這些路由算法均采用數(shù)據(jù)融合技術(shù),有效的減少了通信業(yè)務(wù)量,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。GPER、GPER要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí),都能了解到其鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息,這就需要網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)采用定位技術(shù)。而且,文中所述的各種路由算法都是基于特定應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的。在不同的應(yīng)用環(huán)境下,不同的算法會(huì)表現(xiàn)出不同的性能,因此,不能絕對(duì)地說(shuō)哪種算法最優(yōu)。當(dāng)我們需要持續(xù)采集網(wǎng)絡(luò)中所有區(qū)域的信息時(shí),可以采用Flooding、Gossiping、LEACH路由算法;當(dāng)只需要采集特定區(qū)域的特定數(shù)據(jù)信息時(shí),可以采用SPIN、TEEN、DirectedDiffusion、GPSR、GPER算法。3種新型路由算法無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常在覆蓋面積較廣的區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用,上文中較典型的路由算法還無(wú)法較好的滿足這樣的應(yīng)用,設(shè)計(jì)一種能夠適合于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)條件下的路由算法有其非常必要的現(xiàn)實(shí)意義?；谏衔膶?duì)各類路由算法的描述和分析,不難看出,這四種類型的路由算法各有其自身的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,一種路由算法如果能綜合各類算法設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)于一身,那么這種路由算法必將表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。目前,結(jié)合上文對(duì)各類路由設(shè)計(jì)思想的分析,筆者正擬提出一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量啟發(fā)式分簇路由算法(EACR,Energy-awareCluster-basedRoutingAlgorithmforWirelessSensorNetwork)。EACR算法采用分簇的結(jié)構(gòu)組織網(wǎng)絡(luò),通過(guò)泛洪進(jìn)行簇首尋路過(guò)程,根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行簇首選路過(guò)程?？紤]到簇首節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中能量消耗大,該算法依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的平均剩余能量動(dòng)態(tài)調(diào)整簇首節(jié)點(diǎn),保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不會(huì)因過(guò)度使用而消亡。EACR算法執(zhí)行前,作如下假設(shè):節(jié)點(diǎn)在播撒完畢后,位置不再變化,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)可以獲知各節(jié)點(diǎn)的位置信息;網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能量無(wú)限,并能夠與網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)單向直接通信;各節(jié)點(diǎn)初始能量相同,且能夠獲知自身的剩余能量。該算法的實(shí)現(xiàn)主要由初始化階段和數(shù)據(jù)傳輸階段組成。3.1數(shù)據(jù)傳輸階段在初始化階段,主要完成網(wǎng)絡(luò)的初始化配置,以簇的形式將網(wǎng)絡(luò)組織起來(lái),并為簇間多跳選擇較優(yōu)路徑,從而為數(shù)據(jù)傳輸階段作好準(zhǔn)備。初始化階段主要包含兩個(gè)步驟:靜態(tài)分簇與綁定簇首,簇間連接與多跳選擇。3.1.1當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的定序假設(shè)n個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)均勻分布在方形區(qū)域A=M×N內(nèi),則網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇半徑的大小R計(jì)算出區(qū)域A中所需分簇的數(shù)量Cnum以及各簇內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)的參考坐標(biāo)Ck=REFER(XK,YK),0<k<Cnum,k∈N。在靜態(tài)分簇過(guò)程中,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以Ck為簇首參考坐標(biāo),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置,在簇k中選擇距參考節(jié)點(diǎn)最近的且具有最大剩余能量Er(k)的節(jié)點(diǎn)作為簇首節(jié)點(diǎn),然后將選擇的簇首節(jié)點(diǎn)信息直接發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。為了保證分簇后,各相鄰簇首理論上可以相互進(jìn)行能量損耗較少的通信,要求簇半徑R<do2R<do2,其中do為節(jié)點(diǎn)的有效傳輸半徑。隨后,在綁定簇首過(guò)程中,被選為簇首的節(jié)點(diǎn)向其有效傳輸半徑do范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送廣播消息,要求其它節(jié)點(diǎn)加入以該節(jié)點(diǎn)為簇首的簇群中。其它收到簇首廣播消息的節(jié)點(diǎn),根據(jù)接收消息信號(hào)強(qiáng)度來(lái)選擇加入信號(hào)較強(qiáng)的簇群。若該節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離比到簇首節(jié)點(diǎn)的距離近,則該節(jié)點(diǎn)不選擇加入簇群,而是直接綁定到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上。由于數(shù)據(jù)融合有效性因素的影響,存在一個(gè)距離常數(shù)ddata,要求當(dāng)節(jié)點(diǎn)到達(dá)網(wǎng)關(guān)的距離小于ddata時(shí),節(jié)點(diǎn)都直接綁定到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上,不加入任何簇群。根據(jù)文獻(xiàn)中的能量傳輸模型,經(jīng)過(guò)計(jì)算,ddata=EDA+Eelecεfriss?amp???????√ddata=EDA+Eelecεfriss-amp,其中,EDA表示每比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行融合的耗能,Eelec表示每比特?cái)?shù)據(jù)在發(fā)射電路或接收電路中的耗能,εfriss-amp為能量傳輸模型中的功率放大系數(shù)。3.1.2簇間連接的信號(hào)強(qiáng)度分析在簇間連接過(guò)程中,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以發(fā)射半徑do向外廣播Hop=0消息。接收到該消息的簇首節(jié)點(diǎn),將自身的Hop數(shù)置為1,將其下一跳節(jié)點(diǎn)設(shè)為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),并向外廣播Hop消息。其它還未接收過(guò)Hop消息的簇首節(jié)點(diǎn),將接收到的Hop值加1置為其新的Hop值,并將發(fā)送該Hop消息的節(jié)點(diǎn)加入到其下一跳節(jié)點(diǎn)集中,然后再次向外廣播Hop消息。若已接收過(guò)Hop消息的節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到來(lái)自相同Hop值節(jié)點(diǎn)的廣播數(shù)據(jù)包,則也將發(fā)送該Hop數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)加入到其下一跳的節(jié)點(diǎn)集中。從而,建立了簇間的連接,簇首可以從其下一跳節(jié)點(diǎn)集中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為其下一跳節(jié)點(diǎn),最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。簇間連接過(guò)程實(shí)際上為簇到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸建立了多條通信路徑,多跳選擇過(guò)程在此基礎(chǔ)上為各簇選擇一條到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的較合理路徑。各簇首節(jié)點(diǎn)在它的下一跳節(jié)點(diǎn)集中,選擇距其最近的簇首節(jié)點(diǎn)作為下一跳。距離的遠(yuǎn)近可以根據(jù)該節(jié)點(diǎn)加入到下一跳節(jié)點(diǎn)集時(shí)接收信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷,信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng),可以認(rèn)為兩節(jié)點(diǎn)距離越近。下一跳節(jié)點(diǎn)集中的其它節(jié)點(diǎn)作為路徑備份,從而為路由提供一定的容錯(cuò)能力,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。3.2eacr算法數(shù)據(jù)的上傳在數(shù)據(jù)傳輸階段,各節(jié)點(diǎn)開(kāi)始采集數(shù)據(jù)信息。簇群中的非簇首節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)直接發(fā)往簇首節(jié)點(diǎn),簇首節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)與自身采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)融合處理后,再沿著已經(jīng)建立好的傳輸路徑將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn);沒(méi)有綁定簇首的節(jié)點(diǎn)直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。從而完成了數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)娜蝿?wù)。EACR算法中,各節(jié)點(diǎn)可以將自身當(dāng)前的剩余能量信息與采集數(shù)據(jù)一起發(fā)送。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的剩余能量信息,計(jì)算出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的平均剩余能量。若簇首節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于平均剩余能量,則重新選擇簇首,再