无线传感器汇聚节点研究现状

摘 要：现在大部分传感器节点依然用电池来提供能量，并且节点往往都是布置在一些难以到达的地方，单汇聚节点往往因为担负更多的任务，而使能量很早就耗尽，致使无线传感器网络的整体寿命结束。因此，本文通过对单汇聚节点分析，几种多汇聚节点算法分析研究，表明了多汇聚节点部署能大大改善能量消耗，延长网络的整体使用时间。

关键词：无线传感器;汇聚节点;能量消耗

随着社会的飞速发展，无线传感器网络许多地方都扮演着重要的角色。无线传感器网络是一个复杂的网络系统。在军事国防、交通運输、环境监测、能源设施等方面都有很好的应用。无线传感网络由很多节点组成，节点随机或者确定的分布到要监测的环境中，部署在里面的普通节点通过相互合作，把感知到的信息进行采集，处理，融合然后再传给汇聚节点，汇聚节点再通过基站传到因特网上供用户查看，处理，完成目标的监测。

一、汇聚节点简介

在无线传感网络中，汇聚节点也是sink节点，又叫做网关节点。[1]普通节点会把感知到的周围环境情况例如温度，水分等的信息发送给汇聚节点，汇聚节点则会用无线或有线的方式再把采集到的信息传送给外网，起着两者之间的桥梁作用。

二、单汇聚节点分析

在过去的无线传感器网络中，人们往往采用单汇聚节点来进行无线传感器网络与外网的联系，单汇聚节点在传感器网络中发挥着重要的作用，但单汇聚节点依然存在一些弊端：

（1）因为汇聚节点往往部署在环境恶劣的地方，往往会受到这些环境的影响，进而受到损坏，这时候普通节点的信息就不能传给汇聚节点，无法继续进行下去，造成通信中断;

（2）在传感器网络中，普通节点都会把收集到数据通过单跳或者多跳的方式向汇聚节点处发送，汇聚节点附近的节点势必就会消耗更多的能量，造成“能量空洞”，影响整个网络;

（3）普通节点能采集到不同的环境因素，不同的用户有着不同的因素选择，所以在网络中设立单个汇聚节点往往不能很好的引导数据流方向，满足不同用户的需求;

（4）单汇聚节点的很多路由协议，要求簇头节点直接和汇聚节点通信，由于在无线传感网中，节点发送数据消耗的能量和节点间的距离成正比，所以那些距离单汇聚节点很远的传感器节点为了和汇聚节点通信，就会消耗很多的能量，长距离传输还会产生信号干扰的问题。

三、多汇聚节点研究现状

（一）基于蚁群算法的多向多sink节点路由算法

无线传感器网络常常因为单汇聚节点在数据传输方面压力大，而引进多汇聚节点，并且想办法提升汇聚节点周围的普通节点的寿命，来进一步加长整个网络的寿命。文献[2]中针对网络中数据传输方向不一样，提出了多向多汇聚节点网络，就是普通节点收到不同的信息，根据种类传给对应的汇聚节点，汇聚节点再把这些信息传给对应的数据中心，对这些数据进行处理。这种网络中，普通节点需要找到不同的汇聚节点来传达信息，就类似与蚂蚁找食物的的过程。网络中把节点设定为“食物”和“蚁巢”;路由查询数据包为“蚂蚁”，蚂蚁分为精英蚂蚁和普通蚂蚁，路由表为信息素。精英蚂蚁由汇聚节点出发，来建立网络中的路由树，因为它身体内带有很多的信息素，网络中很多普通节点通过和该类蚂蚁的相遇建立路由表;普通蚂蚁有传感器普通节点出发，当到达精英蚂蚁建立的路由树时，就相当于一次查询，普通蚂蚁走过的路径就相当于子树，子树和精英蚂蚁走过的路由树是相互连通的，所以这样一来，就相当于每个普通节点都能通过汇聚节点形成的树把信息传给汇聚节点，形成相连的路由。通过建立精英蚂蚁状态转移规则;精英蚂蚁信息素更新规则;普通蚂蚁状态转移规则;普通蚂蚁信息素更新规则以及一系列的算法和仿真，再与 GBR 算法进行了对比，文章证实了可以利用蚁群算法建立多向多汇聚节点网络的路由，这种主动传输是可行的，并且比GBR更加的高效，节约了更多的时间，对网络寿命的延长起到了很大作用。

（二）多sink网络中基于蚁群优化的QOS保障多径路由算法

文献[3]中这种算法是对于多汇聚节点网络和网络服务质量（QOS）保障要求，利用网络的实时性，带宽，以及延迟等，以路径的延迟、最低剩余能量、带宽等当做评价因素，通过对汇聚节点的负载能力综合的评估，选择更为适合的数据传输路径来进行传输，并且以Matlab 为仿真平台，对所提出的算法进行了仿真分析。结果表明，这种算法能很好的平衡网络负载能耗，延长网络生命。

（三）多sink网络中提出一种能耗均衡的动态分簇算法

在文献[4]中，对于多汇聚节点的网络，研究了与能耗紧密相关的网络划分和路由协议。同样为了解决能量消耗问题，提出了均衡网络能耗与流量的网络划分，先利用最近 K邻居集合划分了多汇聚节点的网络范围，接着再根据节点个数做出相应的调整，然后在多汇聚节点网络中提出能耗均衡分簇划分。还要根据节点到簇质心的距离，簇内节点剩余能量，节点与汇聚节点的距离，选出最适合的节点担当簇头，簇头轮换机制把簇头所需要消耗的能量合理的分给了适合的节点，还能恰当的调整簇的相对位置，均衡各种簇的能量消耗。节点以单跳方式在簇内传播，减少了能量消耗。簇头会根据拓扑结构的需要，在簇间的数据传达过程中选择合适的候选路径，根据网络流量均衡，选出最合适的转发节点和路径。最后，用仿真软件证实了该算法能很好的均衡节点能量，增加网络寿命。

四、结语

在当前数据对人们越来越重要的年代，环境数据的测量日益重要，但由于有的环境很复杂，单汇聚节点虽然依旧很重要，但已不适合特殊的需要，而多汇聚节点会在未来很好的弥补单汇聚节点的不足，与其相辅相成，能够更好地服务于社会。

参考文献：

[1]周淑俐.基于增强学习的多sink无线传感网路由机制研究[D].南京邮电大学，2012.

[2]李琳，雷康，李小三.网络多向多sink节点WSN路由算法[J].西北大学学报（自然科学版），2013，43（02）：214-218.

[3]张军强，王汝传.多SINK的无线多媒体传感器网络路由算法[J].计算机技术与展，2017，27（07）：20-24.

[4]程远.多sink点WSN中均衡能耗与流量的网络划分和路由算法研究[D].中南大学，2012.

作者简介：何亚光（1994-），河南舞钢人，贵州大学电气工程学院硕士，主要从事无线传感器网络方面的研究。