贾惠丽, 范训礼, 吕艳峰

(西北大学 信息科学与技术学院，陕西 西安 710127)

0 引 言

如何高效利用节点能量并最大化网络生存周期是无线传感器网络( wireless sensor networks,WSNs) 研究领域始终面临的一个难点和实用性问题。

文献[1,2]中基于低能量自适应聚簇分层(low energy adaptive clustering hierarchy,LEACH)协议[3]存在随机选择簇首(cluster head,CH)的缺点，引入剩余能量等因素,根据能量和距离选择中继节点，构造簇首多跳传输路径。但在选择簇首时并未考虑节点的位置因素。为了优化网络节点分簇，提出基于K均值(K-means)聚类的分簇路由协议[4～7]。算法在初始阶段，利用K-means对节点进行分簇，根据某个或多个状态优化簇首选择。文献[4,8]中提出基于粒子群优化算法的分簇路由协议,但在数据传输时仍然采用单跳通信方式，增加网络能耗。文献[9,10]中基于遗传算法优化网路性能，但在选择簇首时未考虑节点的剩余能量。Singh R等人[9]提出基于交叉层感知的分簇算法，但该算法仍采用LEACH协议选择簇首，并且节点使用单跳模式通信，增加传输能耗。文献[12]中提出基于ZigBee的无线传感器网络改进，引入时间同步和碰撞避免等措施减少能量消耗。文献[13,14]分别采用了数据压缩感知，优化分簇结构提高感知节点的能量效率。

本文提出基于K-means和模糊综合评价方法——KAF(K-means and FAH)算法，根据改进的K-means聚类模型，优化分簇结构；结合节点当前状态改进簇首选择方式、考虑节点间距离、能量、可负载能力等因素，优化了数据传输时的多跳路由方式，减少传输能量耗费，延长网络生命周期。

1 能耗模型

本……