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无线传感器网络分簇路由协议的研究与实现
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）由大量的微型传感器节点组成，可以实现对环境的高效而准确的监测。在WSN中，节点能量限制，网络拓扑复杂和地理分布不均等因素都会影响节点之间的通信和数据传输。因此，研究高效的簇路由协议是提高WSN性能的关键。
簇路由协议是一种典型的分层路由协议，可以将节点分成若干个簇并选择一些节点作为簇头，以实现对节点之间的数据传输和路由控制。本文中主要介绍基于簇路由协议的WSN路由优化方法。
一、WSN基于分簇路由的协议
1.1分簇路由协议的基本思想
分簇路由协议是WSN中广泛采用的路由协议之一。簇头节点负责和基站的通信，同时为其所在的簇内节点提供服务，而簇内的普通节点只负责和簇头节点通信。这种分层结构有效地减少了消息传递的开销，提高了系统的灵活性。
分簇路由协议可以分为以下三个阶段：
（1）簇头选择。所有节点通过某种管理方式选出一个或多个簇头。
（2）簇内通信。通过簇头节点实现簇内节点的交互。
（3）簇间通信。由簇头节点向外传输数据，最终到达基站。
1.2基于分簇路由协议的常见协议
在WSN研究中，有很多基于分簇路由协议的协议，如LEACH、TEEN、PEGASIS等。
LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）协议是一种典型的分簇路由协议，采用随机化技术选择簇头，能够有效减少通信开销，延长网络寿命。
TEEN（Threshold-sensitiveEnergyEfficientsensorNetworkprotocol）协议是建立在LEACH之上的一种协议，在不影响数据传输质量的情况下节省更多的能量。
PEGASIS（PowerEfficientGatheringinSensorInformationSystem）协议采用链式结构，通过链式路由的方式将数据传输到基站，大大降低了簇头节点的通信开销。
以上几个协议均是分簇路由协议的变种，均使用簇内通信和簇间通信实现WSN数据的采集和传输。
二、簇头选择方法
2.1簇头节点的选择
在分簇路由协议中，簇头节点的选择对WSN的性能具有至关重要的作用。通常，协议设计中的节点轮流担任簇头的方式都能够有效减少节点耗能，但是根据统计数据，节点在担任簇头后，其余周期能够更加充分地去执行数据采集任务，从而使WSN在资源利用上更加优化。然而，轮流担任簇头的方式有一定的局限性，即容易出现担任簇头的节点能量耗尽较快，从而导致WSN能量失衡，部分节点很快耗尽能量。针对这个问题，研究者提出了一些基于能量和距离等参数的簇头选择方法。
2.2基于能量的簇头选择方法
基于能量的簇头选择方法是一种比较直接的方法，基于节点的剩余能量进行簇头的选择。这种簇头选择方法有明显的优点：可以有效避免低能耗节点轮流担任簇头，从而导致网络失衡的问题。然而，基于能量的簇头选择方法存在一定的困难，即必须对节点的可靠能量估计进行准确计算，否则选择错误的簇头会导致WSN灾难性的后果。
2.3基于距离的簇头选择方法
基于距离的簇头选择方法是一种效率非常高和实施成本很低的簇头选择方法。该方法基于节点的距离决定簇头，并跳过距离过近的节点，这样可以避免网络过度分散，从而有效延长WSN的寿命。然而，基于距离的簇头选择方法也存在一些缺陷，即必须在网络环境明确时进行选择，进而可能导致网络性能不够优化的问题。
三、簇内消息传递方法
3.1簇内消息聚合
簇头节点通常会接收到其它普通节点传输过来的数据，为了减少通信开销，簇头节点通常会将接收到的数据进行聚合处理，即将一些相同的数据合并成一条信息发送到下一个节点。
3.2簇内消息压缩
簇内消息压缩是指对相同数据的压缩处理，以减少存储和传输信息的开销。簇内消息压缩是一种节能的技术，可以减少节点之间的通信量，降低更多可能因传输而遇到的问题。
3.3优化数据传输
在簇内数据传输中，目标是最小化能耗。节点不同的任务需求有各自的时间和空间限制。优化数据传输是指利用合适的技术来解决这些限制。这些技术主要包括区分重要性的节点，结合优秀的簇头选择方法、数据聚合和压缩等，以提高数据传输效率。
四、簇间数据传输方法
4.1协同传输技术
协同传输技术指的是通过协调不同节点之间的工作，共同实现远程数据传输。协同传输技术可以减少分布式应用程序的复杂性和开销，提高系统的可扩展性和灵活性。
4.2分组传输技术
分组传输技术指的是将数据传输分组，在一次数据传输中，为多个节点提供服务。该技术可以大大减少路由开销，并减轻簇头节点任务量的压力，从而延长节点寿命。
五、总结
目前，WSN技术不断地向前发展，新协议、新传输技术和新应用场景正在持续涌现。而在WSN研究中，分簇路由协议是一种十分重要的技术。分簇路由协议可