无线传感器网络的节能研究（本科毕业论文）(9)

第三步：汇聚节点将分簇信息连带初始路由信息进行广播，如图3.1（b）所示。就将监测区域内所有节点划分为许多簇，并且确定了每个簇的簇头节点和管理节点，划分后的结果如图3.1（c）所示

汇聚节点 普通节点 簇头节点 管理节点

（a） (b) (c) 图3.1 分簇形成过程示意图 3.3.1 管理节点的引入

LEACH 协议采用的是单簇头节点，无线传感器网络环境中，簇头节点数据传输失败通常有三种情况：（1）节点自身能量不足：当簇头节点向汇聚节点发送一次数据所需消耗的能量与簇头节点进行一次数据融合所消耗的能量以及簇头节点接收簇内普通节点发送数据所消耗的能量之和小于簇头节点自身的剩余能量值时。（2）节点硬件故障。（3）节点因环境干扰、障碍物阻挡等引起通道传输出错。

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综上所述，簇头节点随着稳定通信阶段持续时间拉长，数据连续成功发送到汇聚节点的概率变小，但是由于分簇阶段能量开销较大，维持较长的稳定通讯时间是必要的，于是我们考虑在每个簇内引入一个管理节点来分布式实现簇头的选举。 3.3.2 节点命名机制

EDEBCRP-MN协议提出以下命名机制，将每个区域内的节点用（x，y，n，k）表示，以x和y为横坐标来表示每个区域的位置，其确定方式为各区域簇头节点相对于原点的位置，即以r和?来表示每个区域原点的距离和角度，n表示各区域中普通节点距离簇头节点的半径距离，当n=0时，表示节点为该区域的簇头节点或管理节点。K表示节点位于该区域的第几个角度区间内，取值[0,1,2，?,kmax]， kmax=[2?/?]，?为具体区域内节点角度设定的角度参数。当n=0时，k用来区分节点是簇头节点还是管理节点，设k=0表示为管理节点，k=1表示簇头节点，当n?0时，k依据到坐标轴的角度来区分不同节点，里坐标横轴角度小的为1，依次递增，从而区分相同距离不同角度的节点。 2.3.3 确定最优簇头数

我们可以把节点在监测区域的分布看作一个泊松分布，把监测区域内节点的数量N 当成一个泊松随机变量，不失一般性，我们设汇聚节点在正方形区域的一个顶点，设监测区域为边长2a的正方形，A表示正方形的面积，有A?4a2，N??A，?可以理解为

监测区域内节点密度。设p表示一个节点成为簇头节点的概率，设(xi,yi)，表示一个节点nodei的平面坐标,Di表示节点nodei到汇聚节点的距离，有：

E[Di|N=n]=?A22?1xi?yi?2?4a??dA?1.53a. (3-4) ?因为区域中平均会有np个簇头节点，并且根据泊松分布的特点，任意簇头节点的位置和其它簇头节点的位置是相互独立的，所以所有簇头节点到汇聚节点的总距离为1.53npa。既然节点成为簇头节点的概率是p ，可知节点成为管理节点的概率也是p，成为普通节点的概率是(1? 2p)，所以簇头节点、管理节点和普通节点服从相互独立的泊松分布，分布密度分别为?0?p?0 ，?1?p? ，?2?(1?2p)?。

当整个监测区域划分为许多个小区域，每个小区域中有一个服从密度为?0的泊松分布的簇头节点，我们设NN表示某小区域内普通节点的个数，LL表示普通节点到簇头节点的总长度，则有：

E[LL|N=n]≈E[LL]=

?1?03/2 (3-5)

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