无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是近年来研究的热点领域。它为人类提供了全新的信息获取和管理平台,使人与自然能远程交互。相对于传统网络和AdHoc网络,无线传感器网络具有一些新的特性,因此对网络路由协议的设计也不同于传统的无线宽带网络和Ad Hoc网络。目前研究人员研究了许多种不同应用环境下的路由协议。其中,低功耗自适应分簇路由(LEACH)协议是一种经典的分簇路由协议,它是专门针对无线传感器网络的特点而开发的,是当今研究的热点协议。本文详细研究了LEACH低功耗分层路由协议的原理,针对LEACH和它的改进协议,分析了存在的存点和不足,尤其是“热区”问题。簇间多跳的通讯方式中靠近汇聚节点(sink节点)的簇头节点不仅完成了自身采集的数据的发送任务,其他远距离的节点的数据还需通过它多跳转发,节点能量消耗比原理sink节点的快,从而造成能量空洞。解决多跳通讯中的“热区”问题成为了无线传感器网络必须研究重视的一个问题。文章在LEACH协议和它的改进算法的基础上,分析了存在的缺陷,提出了一种基于簇半径优化的非均匀多跳分簇路由算法(Uneven Zoned Multi-hop Uneven Clustering Routing Algorithm, UZMCRA)。充分考虑了节点的能量和地理位置,提出了一种“逐层分区”的方法将整个网络以Sink为中心划分成若干个非均匀的区域。另外,在转发的过程中,考虑了节点的通信代价和剩余能量两个因素,而且在区域的簇头竞争半径中引入的最优簇半径公式,使得各区域进行合理大小的成簇,能量消耗在各个区域中趋于平衡状态。通过仿真实验表明,与LEACH协议和EEUC协议相比UZMCRA形成的簇头分布均匀,能量消耗在各区域中相对平均,有效的均衡了节点能量消耗,缓解了能量空洞问题,显著的延长了网络生命周期,也扩大了协议的适用规模。
