摘要: 无线传感器网络(WSN)在煤矿综采工作面等特殊线性拓扑环境中的应用,对数据传输的能效和网络生命周期提出了严峻挑战。经典的LEACH协议因其簇头选举的随机性,未考虑节点的剩余能量和地理位置,导致网络能耗不均、生命周期较短。针对此问题,本文提出了一种加权选举路由协议(Weighted Election Routing Protocol, WERP)。WERP协议在簇头选举阶段,引入了一个结合节点剩余能量和与基站距离的加权模型。通过权重因子
α,可以灵活调整能量和距离在选举决策中的重要性。为了验证协议性能,本文使用Python构建了一个高度模拟煤矿综采工作面线性拓扑的仿真环境,并将WERP协议(在
α = 0.8和
α = 0.2两种配置下)与经典LEACH协议进行了全面的性能对比。仿真结果表明,WERP协议(
α = 0.8)更侧重能量均衡,在延长网络生命周期方面表现更佳,其首个节点死亡时间比LEACH延迟了约25%;而WERP协议(
α = 0.2)更侧重能量效率,在整个网络的能耗上表现更佳。同时,通过对网络总能耗、负载均衡和能量分布的深入分析,证明了WERP协议能够显著提升能量利用效率,并智能地将通信负载分配给最优节点,有效延长了整个网络的稳定运行时间。