面向通信扇区优化的有向传感网络簇路由

张 驰

(河南财经政法大学 计算机与信息工程学院，河南 郑州 450046)

0 引 言

目前，有向传感网络(directional sensor networks，DSNs)[1,2]在智慧城市中广泛使用。DSN网络是由微型的有向传感节点(directional sensor nodes，DNs)组成。通过DNs覆盖目标，并感知目标状态，再将数据传输至基站(信宿)，进而实现对监测区域的目的。

与全向传感节点不同，有向传感节点的通信区域和感测区域具有方向性[3]。通常，DNs的通信半径是有限的，且由电池供电。因此，DN需通过多跳才能将数据传输至基站。

通过分簇算法，将网络划分为层次化结构，有利于提高数据传输效率和网络连通率，进而节省网络能量。每个簇有一个簇头(cluster head，CH)，簇头收集本簇内的节点(简称簇成员)数据[4]。簇头通过网关节点将数据传输至基站(base station，BS)。现存的分簇算法多数是针对全向传感网络，它们都没有考虑到DNs的特性，如有限的工作方向、窄小的通信视角。因此，将这些分簇算法直接应用于DSNs[5-7]，难以获取良好的网络性能。

目前，只有少数文献研究了DSN网络的分簇问题。文献[8]提出自动分簇算法(autonomous clustering algorithm，ACA)。但是，ACA算法最初在选择簇头时，并没有考虑节点能量。只是在后续簇头更新时，考虑了节点剩余能量。文献[9]提出了基于目标覆盖的分布式分簇(target coverage-based distributed clustering，TDC)算法。TDC算法在选择簇头时，考虑了节点密度、剩余能量以及离基站的距离。

然而，上述算法并没有考虑到DNs朝向基站的扇区问题。实质上，优先选择朝向基站的扇区内节点作为簇头，可能会提高数据包传输效率。

为此，提出面向通信扇区优化的簇(communication sector optimization-based clustering，CSOC)路由。CSOC路由先从扇区角度，构建候选扇区集，再从候选扇区集中择优选择簇头。……