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一种基于分层的簇首成链WSN路由协议
1.引言
近年来，无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）在农业、环境监测、智能家居等领域得到广泛应用。如何实现WSN的高效、可靠的数据传输一直是研究者们探讨的热门问题。簇头成链（Cluster-Head-Chain）协议是WSN中一种常用的路由协议，它通过将节点分层，选举出各层的簇头，然后将簇头连通成一条链路，实现数据的转发。本文将介绍一种基于分层的簇首成链WSN路由协议。
2.路由协议设计
2.1分层设计
为了实现高效的数据传输，本文将节点划分为三层。第一层为基站，第二层为簇头，第三层为普通节点。基站负责整个网络的数据聚合和控制，簇头负责本层节点的数据聚合和控制，普通节点负责采集数据。各层节点的具体功能如下：
-基站：与外部通信、数据聚合、节点管理、网络控制等；
-簇头：负责管理其所属节点的数据采集、压缩、聚合以及转发到上一级簇头；
-普通节点：采集传感器数据并将其发送给所属簇头。
2.2簇头选举
每个簇头都需要具备较强的计算和存储能力，以便处理其所管辖的节点的数据。本文采用能量距离传感器信号强度指示（EnergyDistanceSensorSignalStrengthIndication，EDSSI）算法，根据节点的剩余能量和距离基站的距离来选举出簇头。节点需要向基站发送其剩余能量信息和与基站之间的距离信息，基站收到后根据EDSSI算法计算出每个节点的能量距离（EnergyDistance，ED）。然后选取与基站距离最近且具备较高能量剩余量的节点作为簇头。
2.3簇首成链
为了实现跨层数据传输，需要将各层簇头构建成一条链路。具体步骤如下：
1）各层簇头之间建立无线链接，将簇头连接成一个链表。
2）当一个簇头需要发送数据时，先向其所在链表的下一个簇头发送数据，下一个簇头再将数据转发到其对应的链表上的上一个簇头，直到数据到达链表的起始节点。
3）链表的起始节点为基站，当基站接收到数据时，进行数据聚合并向网络外部发送数据。
3.实验结果分析
本文采用NS-3仿真平台实现了基于分层的簇首成链WSN路由协议，模拟了100个节点组成的网络的数据传输情况。结果表明，本文设计的协议具有较好的性能表现。具体表现如下：
1）能耗平衡性好。由于节点分层，节点不需要频繁地发送数据，节约了能量。
2）数据传输延迟较小。由于簇头成链，数据传输路径较短，传输延迟较小。
3）数据可靠性高。由于簇头间建立了无线链接，当一个簇头发生故障时，数据能够通过另一个簇头到达基站，网络的可靠性得到保证。
4.总结
本文提出了一种基于分层的簇首成链WSN路由协议。该协议将节点划分为三层，利用EDSSI算法选举簇头，将各层簇头构建成一条链路，实现数据的跨层传输。仿真实验表明，该协议具有较好的能耗平衡性、数据传输延迟和数据可靠性，具有实际应用价值。