基于能量的路由策略研究+文献综述(2)
一方面，无线传感器网络中的节点体积小，通常都使用电池进行供电，可利用的能量受到很大限制[3]。另一方面，我们对无线传感器的生存时间要求较长，但传感器网络分布区域广、节点众多，如果节点处在恶劣的环境中，是很难通过更换电池的方式来补充节点的能量。能耗问题相比其他的传感器关键技术来说，是迫切需要解决的问题。因此，为了增加传感器网络寿命，必须在路由协议的设计中考虑到能量的合理使用。尽管有人提出了可以从外界获取太阳能、风能等可再生能源的传感器网络，但是相关技术还远未成熟。在处理能量受限时，人们通常考虑如何在能量约束的情况下尽可能获得更好的性能，性能和能耗的折中转化为带约束的优化问题。
单跳传感器网络，是让所有传感器节点直接将数据发送到汇聚节点而不通过其他节点。这种传感器网络易于控制，因为架构简单。但它存在缺陷是通信距离比较短，并且要求汇聚节点需要处在传感器网络熟悉的区域内。另外，很多节点同时向汇聚节点发送数据流容易相互干扰。在本文中，我们采用多跳传感器网络。多跳传感器网络，是传感器节点通过中间节点将数据逐跳发送到汇聚节点。多跳传感器网络相比单跳的来说更加复杂，不易于控制，还需要找到适合的路由。但它的优点在于，传感器节点可以通过逐跳发送将数据发送到更远的汇聚节点。
本文设计研究基于能量的路由策略，分析无线传感器等通信网络的数据传输特点，在能量受限的情况下提出了规则网络模型和随机网络模型，平均分配和按度分配初始能量两种能量模型，涉及了基于概率的和确定的两种路由算法，考虑了邻居剩余能量和到目的节点的距离权值变化会对传感器网络性能的影响。基于能量的路由策略并非是找到单个最佳路径，并用它来进行通信。本文提出的路由策略同时考虑剩余能量和距离两个因素，随着节点在传感器网络中不断收发数据，节点的剩余能量也在不断变化，所以即使考虑在网络中保存多条次优路径也并不适用。基于能量的路由策略在传感器网络中并不保留路径信息，可以减少路由信息保存和更新的开销。当某节点有数据传输需要时，该节点计算邻居的通信代价，然后选取通信代价最大的或者基于概率找到下一跳节点。这意着通信将在不同的时间使用不同的路径，从而代替单一路径，因此任何单个路径不会使能量耗尽。这也会使节点进出网络得到快速响应，并具有最小的路由开销。从本文的仿真结果来看：在同等条件下，相比随机网络，选用规则网络时网络性能更佳；确定路由算法比概率路由算法具有更好的数据传输特性；平均分配初始能量的网络生命周期比按度分配初始能量的更长，但不是在所有性能度量方面都有具备优势；路由参数对确定路由数据传输的调节作用比概率路由更明显；对于能量和距离的加权因子α，在不同其他条件下，并没有呈现出一致的规律，这可能是由于网络中出现环路引起的，具体的情况还需要更深入的了解和研究。
2 无线传感器网络路由简介
目前有很多关于无线传感器的路由策略，这些路由协议具备各自的优势，适用于多种不同的场景。虽然有些路由协议能够改善网络性能，但是仍然有一些局限性。下面简要介绍几种常见的路由：
（1）最小跳数路由：跳数是指网络中的某个节点到达汇聚节点(sink)需要经过的转发节点个数。最小跳数指从某节点到达汇聚节点的跳数最少的转发节点个数，最小跳数路径可以用Dijkstra（最短路径算法）得到。但最小跳数算法的局限性在于：选择接收节点时只注重离sink节点的距离，却忽略了接收节点的剩余能量。可能会存在一个离汇聚节点更近但是剩余能量不足的节点，节点即使接收到数据却无法对其进行转发，数据最后不能到达目的节点。此外，最小跳数路由也忽略了负载均衡。因为如果选取最小跳数的传输路径来发送信息会导致该路径被频繁使用，该路径上的节点能量会很快耗尽，最短路径过早失效，致使网络分区，减少了整个网络的寿命。
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