基于路灯单灯状态监控的无线链状网络由算法的研究文章编号：1003-6199(2011)04-0085-04摘要：基于路灯单灯状态监控的无线传感器网络应用，针对链状网络节点负载不均衡和网络节点能量有限的问题进行分析和研究，提出一种适合该应用的新型路由算法，这种新型路由算法根据网络节点可通过功率控制来调整通信距离的前提下，合适的数据传输路径被每个传感器节点选择，使整个网络达到能耗节省，负载均衡的目的。通过仿真验证这种新型路由算法有效地平衡了网络负载，使网络能量节省，网络生命周期提高关键词：无线传感器网络；新型路由算法；网络负载中图分类号：TP301.6文献标识码：AWirelessChainNetworkRoutingAlgorithmBasedonStreetLightSingleLampStateMonitoringSUNFengjie,ZHENWang(NorthChinaElectricPowerUniversity,ElectricalandElectronicsEnineeringCollege,Beijing102206,China)Abstract：Inthispaper,basedonthewirelesschainnetworkforstreetlightsinglelampstatemonitoring,con-sidertheproblemoflimitedenergyandthenon-balancedenergyconsumptioninchainnetwork,proposedanewroutingalgorithmwhichispropitioustoourapplication.Thealgo-rithmbasedontheassumptionthatthetransmissionpowerofsensornodesisadjustable,selectingthebesttransmit-tingroutesofdataforeverynetworknodetoattainthegoalofsavingtotalenergyandbalancingenergyconsump-tion.TheSimulationexperimentindicatesthatthealgo-rithmcanbalanceenergyconsumptioneffectivelyandsavingthetotalenergy,prolongthelifetimeofthenetwork・Keywords：wirelesssensornetworks；newroutingalgo-rithm；networkLoad1前言无线传感器网络广泛地应用于以监控为目的的自组织网络。采用自组织方式来配置传感器节点，由各类传感器感知并采集覆盖网络区域中被监测对象的信息，将感知信息传送到外部网络是通过节点的协同工作以多跳的中继方式。在路灯单灯的状态监测中，我们采用链状的无线网络，每条线路都会设置基站(sink节点)，在每个路灯柱上配置传感器节点，将采集到的各类数据信息传送给基站，因为该网络以链状方式组网，使路由协议的选择存在诸多问题：如果采用传统的逐级多跳的方式，因为路由路径单一，靠近基站的节点会因为频繁转发其后的节点信息而容易过早耗进能量进入“死亡”状态，产生传输死角；如果采用各个节点直接将数据传送给基站，那么离基站越远的节点会消耗更多的发送能量而产生能量耗尽。所以，采取一种尽可能优化各节点能量消耗，使整个链状网络中各节点负载趋于均衡的路由协议，它对提高系统稳定性、延长网络生命周期等都有着很重要的意义2路灯单灯状态的能耗模型与多跳路径选择传感器节点主要由处理器模块、传感器模块和无线传输模块组成，但传感器模块和处理器模块跟无线通信模块相比能耗是非常低的，因此，这里我们讨论的能耗节省主要是指节点的无线通信能耗，根据无线网络能量传输消耗模型可知：发送k位数据传输距离为r的传输能量消耗为：ETx(k,r)=ETx—elec(k)+ETx—amp(k,r)=Eeleck+£ampkra(1)接收k位数据的能量消耗为：ERx(k)=ERx—e1ec(k)=Eeleek(2)ETx表示发送电路所消耗的能量，ERx表示接收电路所消耗的能量，Eelec表示接收电路与发送电路每bit数据消耗的能量(该值与系统硬件相关，是常数)。eamp表示系统功率放大器的能量消耗系数(与硬件相关)，k表示数据的长度；r表示收发节点之间的距离，无线通信模型采用的是自由空间模型(freespace),a=2。如图一所示，D=nr,ri是等分的跳数，r是等分的距离。网络节点直接与基站或簇头通信时消耗的能量为Edirect二ETx(1,d=n*r)=Eelec*1+eamp*n2r2*l(3)网络节点采用逐级多跳的方式与基站或簇头通信时消耗的能量为Emulti-hop=n*ETx(1,d=r)+(n~l)*ERx(1)=n*l*(Eelec+eamp*r2)+(n-1)*Eelec*1=1((2nT)*Eelec+eamp*n杠2)(4)要使单跳比多跳更节省能量，必须满足下式：Emulti-hop>Edirect(5)将(3)、(4)式代入(5)式整理得：n<2Eelec/r2*eamp(6)在本文所讨论的路灯单灯模型中，取每个路灯的间距长度r=12m,eelec=50nj/bit,eamp=100pj/bit/m2将以上各参数...