软件学报

作者：赵小强，崔砚鹏，郭铮，刘敏，李雄，文秦

单位：赵小强，西安邮电大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121;陕西省信息通信网络及安全重点实验室(西安邮电大学), 陕西 西安 71012111,崔砚鹏，泛网无线通信教育部重点实验室(北京邮电大学), 北京 10087602,郭铮，西安邮电大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121;陕西省信息通信网络及安全重点实验室(西安邮电大学), 陕西 西安 71012103,刘敏，西安邮电大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121;陕西省信息通信网络及安全重点实验室(西安邮电大学), 陕西 西安 71012104,李雄，西安邮电大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121;陕西省信息通信网络及安全重点实验室(西安邮电大学), 陕西 西安 71012105,文秦，西安邮电大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121;陕西省信息通信网络及安全重点实验室(西安邮电大学), 陕西 西安 71012106

关键词：无线传感器网络;分簇路由协议;簇首最佳数量;虚拟力

基金：国家自然科学基金-雅砻江联合基金(U1965102); 陕西省创新人才推进计划-物联网科技创新团队(2019TD-028)

作为无线传感器网络(wireless sensor networks, WSNs)的关键技术之一, 分簇路由协议因其可扩展性较强及能耗较低等优势, 逐渐成为WSNs路由协议的研究热点. 如何对簇首进行最佳化选取, 是提高分簇路由协议性能的关键. 通过揭示不同场景中的簇首数量及网络能耗之间的映射关系, 以能耗最小化为目标, 构建了簇首最佳规模及最佳位置的计算理论; 面向不同规模的网络讨论了簇间多跳策略的使用条件, 提出了虚拟簇首及其虚拟力的概念, 构建了虚拟簇首与边界、节点及其他虚拟簇首之间的3种虚拟力模型, 讨论了不同虚拟力的最佳距离阈值; 为实现网络能耗的最小化及均衡化, 设置了关于剩余能量及距离因子的适应度函数, 形成了基于虚拟力的能量高效路由协议. 实验结果表明: 在多种规模的网络中, 与基于适应度值的改进灰狼优化器、改进的低能耗自适应聚类层次结构协议以及改进的分布式能量高效分簇算法相比, 该算法使簇首分布更均匀、节点能耗更低且更均衡.

来源：2022年第2期

《软件学报》期刊编辑部

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