面向智慧园区的WSN路由优化算法

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016070

摘要/Abstract

摘要：

为解决智慧园区中无线传感器网络（WSN）的能耗不均衡问题，构建了路由代价函数，并提出了一种新的能耗均衡路由算法。该算法结合智慧园区中无线传感器网络的特点，综合考虑节点地理位置和剩余能量来构建路由代价函数。传感器节点通过选择其邻居节点中路由代价最小的节点进行数据转发。仿真结果表明，该算法可以有效节约网络能耗，同时延长了网络的生命周期。

关键词: 智慧园区, 无线传感器网络, 路由代价, 网络生命周期

Abstract:

To solve the energy problem in wireless sensor networks used for smart park，an optimized routing algorithm based on routing cost in WSN was proposed.According to the characteristics of smart park，the algorithm took a comprehensive consideration of the remaining energy and geographical location of nodes and exploited a new routing cost function.The sensor nodes selected the node with the minimum routing cost to forward the packets.Simulation results show that the algorithm significantly reduces the energy consumption of the network and extends the network lifetime effectively.

Key words: smart park, wireless sensor network, routing cost, network lifetime

丁伟,李树泉,李思维,唐良瑞,孙丹丹. 面向智慧园区的WSN路由优化算法[J]. 电信科学, 2016, 32(3): 171-175.

Wei DING,Shuquan LI,Siwei LI,Liangrui TANG,Dandan SUN. An optimized routing algorithm in WSN for smart park[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(3): 171-175.

图/表 5

图1

表1

表2

图2

图3

参考文献 11

[1]	REN F ， ZHANG J ， HE T ， et al. EBRP：energy-balanced routing protocol for data gathering in wireless sensor networks[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems， 2011，22（12）： 2108-2125.
[2]	CHIANG S S ， HUANG C H ， CHANG K C . A minimum hop routing protocol for home security systems using wireless sensor networks[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 2007，53（4）： 1483-1489.
[3]	SINGS S ， WOO M ， RAGHAVENDRA C S . Power-aware routing in mobile Ad Hoc networks[J]. The Proc of Mobicom， 1998，23（3）： 181-190.
[4]	江海峰，钱建生，孙彦景，等. WSN中基于能量代价的能量优化路由算法[J]. 计算机科学， 2012，39（1）： 73-76. JIANG H F ， QIAN J S ， SUN Y J ， et al. Energy cost based energy optimized routing algorithm in WSN[J]. Computer Science， 2012，39（1）： 73-76.
[5]	王小明，安小明 . 具有能量和位置意识基于ACO 的WSN 路由算法[J]. 电子学报， 2010，38（8）： 1763-1769. WANG X M ， AN X M . An energy and location aware ACO based routing algorithm for wireless sensor networks[J]. Acta Electronica Sinica， 2010，38（8）： 1763-1769.
[6]	孙毅，卢可，唐良瑞 . 面向用电信息采集的 WSN 非均匀分簇多跳路由算法[J]. 电力系统保护与控制， 2013，41（10）： 56-61. SUN Y ， LU K ， TANG L R . An uneven clustering multi-hop routing algorithm for power information collection[J]. Power System Protection and Control， 2013，41（10）： 56-61.
[7]	唐良瑞，冯森 . WSN 中基于三角模融合算子的路由算法[J]. 计算机工程， 2012，38（12）： 60-63. TANG L R ， FENG S . Routing algorithm based on triangle module fusion operator in WSN[J]. Computer Engineering， 2012，38（12）： 60-63.
[8]	乔学工，王哲，王华倩，等. 基于权值的分均匀分簇路由算法[J]. 传感技术学报， 2014，27（1）： 107-112. QIAO X G ， WANG Z ， WANG H Q ， et al. An uneven cluster routing algorithm based weight[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators， 2014，27（1）： 107-112.
[9]	彭煜，张华忠，魏晓镇 . WSN 中一种基于最小能耗树的路由协议[J]. 计算机工程与应用， 2011，47（6）： 109-112. PENG Y ， ZHANG H Z ， WEI X Z . Routing protocol based on minimum energy consumption tree for wireless sensor networks[J]. Computer Engineering and Applications， 2011，47（6）： 109-112.
[10]	张德干，赵晨鹏，李光，等. 一种基于前向感知因子的 WSN能量均衡路由方法[J]. 电子学报， 2014，42（1）： 113-118. ZHANG D G ， ZHAO C P ， LI G ， et al. A kind of routing protocol based on forward-aware factor for energy balance[J]. Acta Electronica Sinica， 2014，42（1）： 113-118.
[11]	HAN K H ， KO Y B ， K J H . A novel gradient approach for efficient data dissemination in wireless sensor networks[C]// IEEE 60th Vehicular Technology Conference， September 26-29，2004， Washington，USA. New Jersey： IEEE Press， 2004：2979-2983.

参数名称	取值
网络大小	100 m×100 m
节点数量/个	100～300
sink节点坐标	（50，50）
节点发送半径/m	30
数据分组大小/bit	2 048
节点初始能量/J	1
仿真时间/轮	100
E_elec/（nJ·bit^-1）	50
E_fs/（nJ·（bit·m²）^-1）	10
E_mp/（nJ·（bit·m²）^-1）	0.001 3

节点死亡率	MEC算法轮数	MREBR算法轮数	RCOR算法轮数
1%	510	962	1 237
10%	602	1078	1 334
50%	762	1 127	1 523
100%	945	1 286	1 763

[1]	丁铖, 陈锦荣, 曹小冬, 王翊. 基于服务质量的层次化结构资源分配算法[J]. 电信科学, 2022, 38(1): 102-111.
[2]	李勇燕,吴坚平. 基于IPSO-MC融合算法的无线传感器节点定位[J]. 电信科学, 2020, 36(3): 11-18.
[3]	张红,沈士根,吴小军,曹奇英. 基于元胞自动机和静态贝叶斯博弈的WSN恶意程序传染模型[J]. 电信科学, 2019, 35(6): 60-69.
[4]	陈瑞凤,倪明,徐春婕,胡昊. 面向铁路环境监测的无线传感器网络通信性能分析[J]. 电信科学, 2019, 35(5): 70-77.
[5]	周颖,杨丽花,杨龙祥,倪梦. 基于卡尔曼预测与压缩感知的WSN中高能效数据收集方法[J]. 电信科学, 2019, 35(1): 74-80.
[6]	曹世华,胡克用,王李冬,王琦晖. 基于分布式色调识别的无线传感器网络k连通性路径检测[J]. 电信科学, 2018, 34(2): 65-73.
[7]	周海平,沈士根,黄龙军,冯晟. 基于博弈论的无线传感器网络恶意程序传播模型[J]. 电信科学, 2018, 34(11): 67-76.
[8]	孟得月,裴二荣,黄佑林. 异质节点分离CRSN中MAC协议设计与性能分析[J]. 电信科学, 2017, 33(8): 107-119.
[9]	刘建华,李明禄,李大志,李鲁群. 工业无线传感云中面向移动机器人的自适应信任演化机制[J]. 电信科学, 2017, 33(6): 86-96.
[10]	戴国勇,施伟元,应可珍,陈庆章,毛科技. 基于移动节点二次部署的WSN栅栏新型强化方法[J]. 电信科学, 2017, 33(6): 97-104.
[11]	王骐,肖正安,王怀兴. 无线传感器网络中基于“k-覆盖问题”的多项式时间算法[J]. 电信科学, 2017, 33(12): 91-98.
[12]	徐洪磊,张园. 面向智慧园区的随选网络解决方案[J]. 电信科学, 2017, 33(12): 157-163.
[13]	孟凯露,岳克强,尚俊娜. 基于元胞蝙蝠算法的无线传感器网络节点定位研究[J]. 电信科学, 2017, 33(11): 56-65.
[14]	刘开南,韩旭. 基于人工蜂群寻优算法的WSN中继节点布局方案[J]. 电信科学, 2016, 32(9): 61-67.
[15]	邹永艳,张衍志. WSN中视觉辅助方案结合TI CC2431 ZPS平台的跟踪定位方法[J]. 电信科学, 2016, 32(9): 68-74.