基于集群结构的WSN路由协议是让节点参与到特定的节点簇内的多跳通信,簇头再进行数据聚合,减少向Sink节点传送的消息数量,从而达到节省能量和提高可扩展性的目的。
此类协议主要有:低能量自适应聚簇分层(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)协议。如果每个节点直接和Sink节点通信会导致节点能量消耗过大,同时节点密度较大时冲突过大,效率低,同时也没有必要每个节点都和Sink通信。LEACH算法的核心思想是选取簇头节点作为一定区域所有节点的代理,负责和Sink的通信;非簇头节点可以使用小功率和簇头节点通信;簇头节点可以对所辖区域节点数据进行融合,减少网络中传输的数据;通过合理设计簇头选举算法以保证资源利用统一、高效。该协议具体实现过程分两个阶段:成簇阶段和稳定阶段(即数据传输阶段),这两个阶段的时间总和为一轮(Round)。在成簇阶段,每个节点选取一个介于0和1之间的随机数,如果这个数小于某个阈值,该节点成为簇头;然后,簇头向所有节点广播自己成为簇头的消息,每个节点根据接收到广播信号的强弱来决定加入哪个簇,并回复该簇簇头。在数据传输阶段,簇内的所有节点按照TDMA时隙向簇头发送数据,簇头将数据融合和计算。在簇间,各簇头节点采用CSMA协议竞用通道,获得通道的簇头将融合的数据发给基站。之后进行下一轮。该协议优点是:随机选举簇头,避免簇头过分消耗能量,提高了网络生存时间;数据聚合有效减少了通信量。其缺点是:协议采用一跳通信,虽然传输时延小,但要求节点具有较大功率通信能力;扩展性差,不适合大规模网络;即使在小规模网络中,离Sink点较远的节点由于采用大功率通信也会导致生存时间较短;而且频繁簇头选举引发的通信量耗费了能量。(www.xing528.com)
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