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作为一门新兴的交叉学科,无线传感器网络(WSN)越来越受各国政府和研究人员的关注。无线传感器网络是一项集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的全新的信息获取和处理技术。该技术是将很多个无线传感器节点分布在监控区域内具有多跳和自组织的通信技术,该网络要求其网络区域内的节点能够通力合作,搜集和处理覆盖区域内的目标的信息,这些信息最终被感知。该网络由许多部署在区域范围内的无线传感器节点自适应组网而成,可以对区域范围内观察者需要的感知对象的各种信息进行实时监控、感知和采集,并对信息进行处理。大量低功耗、低成本、多功能、体积小的无线传感器节点采集到数据,处理后通过无线通信进行多跳传输。无线传感器节点采集到信息也涉及到延时冗余、丢包冗余、分布式过虑、时间同步、安全、实时性、低功耗等问题。这些经处理的信息被汇聚至基站节点,然后传输给处理能力和存储能力都比无线传感器节点强的网关节点,并最终传递到用户终端,用户通过监控软件对整个网络的各种信息进行监控和管理。
本文在传感器网络体系结构的基础上,主要是对分层聚类的异构的无线传感器网络能耗问题进行了研究。在传统的基于无线传感器网络的经典LEACH协议中,选取某些节点成为簇头,聚合各自的簇内节点的数据,并传送给SINK节点。假定在网络的初始设定或网络运行的过程中给各个簇内的传感器的头节点配备额外的能量——异质性来源,同时假设网络中的传感器是随机(均匀)分布的,传感器坐标是不能移动的且其所在位置是已知的。通过实验可知,在节点异质性存在的情况下,一旦第一个节点死亡这种传感器网络的运行就会变得非常不稳定。传统聚类协议假定所有的节点都配备了相同的能量,因此,该类协议没有充分利用节点的异质性。在此提出的SEP(稳步选择簇头协议)算法,在传感器网络得到反馈的时间间隔可靠的情况下,该异构感知协议延长了第一个节点存活时间(即稳定期),这在许多实际应用中也是相当重要的。SEP是根据每个节点的剩余能量多少和概率加权选举簇头的。通过研究可以得出结论,SEP算法中虽然节点的异质性使得网络中能量分布不平衡,但是在实验中可以看到,SEP算法通过更多的具有额外能量的节点,使得整个无线传感器网络具备更强的稳定性。