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　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點擁有感知能力、無線通信能力以及計算能力。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有不依賴與任何預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等特點，所以在軍事應(yīng)用、大型設(shè)備監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報等領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)都有著廣泛的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點分布數(shù)量眾多，且能量是由容量有限的電池供電，更換不易。傳感器節(jié)點消耗能量的模塊包括傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊。隨著集成電路工藝的進(jìn)步，處理器和傳感器模塊的功耗變得很低，絕大部分能量消耗在無線通信模塊上。所以如何設(shè)計節(jié)能高效的路由策略是延長網(wǎng)絡(luò)生存周期的重要手段。

　　近些年來，一些節(jié)能高效的路由算法相繼被提出。文獻(xiàn)通過引入長期睡眠機制，防止網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點因為過早耗盡能量而死亡，引起網(wǎng)絡(luò)無效。文獻(xiàn)設(shè)計了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)ADOCA，有效地改善了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的有效性。文獻(xiàn)提出了一種基于多蟻群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法，采用多種蟻群并行搜索，并在種群中采用基于目標(biāo)函數(shù)值的啟發(fā)式信息素分配策略和根據(jù)目標(biāo)函數(shù)自動調(diào)整螞蟻搜索路徑。文獻(xiàn)中針對SPR路由算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了EB-SPR算法。將網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成層次結(jié)構(gòu)，節(jié)點根據(jù)上一層鄰節(jié)點能量水平優(yōu)先使用能量多的節(jié)點作為下一跳來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，但是這種算法中節(jié)點需要時刻維護(hù)各個鄰節(jié)點能量信息，增加了數(shù)據(jù)傳輸量。文獻(xiàn)提出了最早的分層路由協(xié)議之一，LEACH算法。通過循環(huán)的方式隨機選擇簇首節(jié)點，將整個網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個傳感器節(jié)點中，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能耗、提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時間的目的。本文提出了一種新的基于最小能耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法，并對網(wǎng)絡(luò)中能量過低的節(jié)點采取休眠處理，延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

　　1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗研究和路由分析

　　1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗研究

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要有傳感器模塊，處理器模塊，無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前傳感器模塊和處理器模塊能耗越來越低。但是，傳感器節(jié)點傳輸信息時要比執(zhí)行計算時更消耗電能，傳輸1 b信息到100 m距離需要的能量大約相當(dāng)于執(zhí)行3 000條指令消耗的能量。

　　本文假設(shè)一個簡單的無線通信電路模型，其中發(fā)送和接收電路消耗能量Eelec=50 nJ/b，發(fā)送放大器消耗能量εamp=100 pJ/(b/m2)。所以，使用該模型從節(jié)點A傳輸kb信息至距離為d的節(jié)點B時，節(jié)點A消耗的能量為ETx(k，d)=Eeleck+εampkd2，接收該信息，節(jié)點B消耗的能量為ERx(k)=Eeleck。如圖1所示。

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　　無線通信模塊存在發(fā)送、接收、空閑和睡眠4種狀態(tài)。無線通信模塊在空閑狀態(tài)一直監(jiān)聽無線信道的使用情況，檢查是否有數(shù)據(jù)發(fā)送給自己，而在睡眠狀態(tài)則關(guān)閉通信模塊。從圖2中可看到，無線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)的能量消耗最大，在空閑狀態(tài)和接收狀態(tài)的能量消耗接近，略少于發(fā)送狀態(tài)的能量消耗，在睡眠狀態(tài)的能量消耗最少。

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