改進(jìn)的分簇路由協(xié)議方案ADEECS

3 ADEECS路由協(xié)議

　　方案中，假設(shè)已知發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，接收節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度，計(jì)算二者之間距離的近似值;發(fā)射功率可控，即節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)自身需要調(diào)整發(fā)射功率。采用與文獻(xiàn)[5]相同的無線傳輸能量消耗模型。ADEECS協(xié)議按輪執(zhí)行，每一輪分為網(wǎng)絡(luò)部署，簇頭選舉，成簇，數(shù)據(jù)傳輸這4個(gè)階段。

　　具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

　　階段1：網(wǎng)絡(luò)部署階段在網(wǎng)絡(luò)部署階段，讓基站以一定的功率向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播一個(gè)消息HELLO_MSG。傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出自己到基站的近似距離，在與基站通信時(shí)，依據(jù)這個(gè)距離選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。在成簇階段，還將利用這個(gè)信息來均衡簇頭的負(fù)載。

　　階段2：簇頭選舉階段全局范圍內(nèi)預(yù)先設(shè)定一個(gè)0～1之間的閾值T，用來控制參加簇頭競(jìng)選的節(jié)點(diǎn)比例。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)0～1之間的隨機(jī)數(shù)，記為u。若u

　　式中：T為最大約定的最大延遲時(shí)間;Eresidual為節(jié)點(diǎn)剩余能量;Eini是節(jié)點(diǎn)原始能量。

　　階段3：成簇階段簇頭向網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)廣播自己成為簇頭的消息HEAD_AD，內(nèi)容為簇頭節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)及該節(jié)點(diǎn)與基站的距離。普通節(jié)點(diǎn)接收到此消息后選擇一個(gè)通信代價(jià)cost(CH)最小的聚類加入，并發(fā)送消息JOIN_REQ。通信代價(jià)表達(dá)式為：

　　式(5)中參數(shù)與式(2)和式(4)表示的意義相同。從式(5)可以看出，該通信代價(jià)綜合考慮了節(jié)點(diǎn)與簇頭的距離、簇頭與基站的距離及簇頭的剩余能量。從而實(shí)現(xiàn)了由聚類成員節(jié)點(diǎn)選擇剩余能量較大，與自己距離較近，與基站距離較小的簇頭形成簇，達(dá)到能量均衡的目的。

　　階段4：數(shù)據(jù)傳輸階段簇頭向所有成員節(jié)點(diǎn)廣播TDMA通信時(shí)隙調(diào)度信息TDMA_SCHEDULE。成員節(jié)點(diǎn)按分配好的TDMA時(shí)隙在某個(gè)時(shí)刻將自己檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭。簇頭在接收聚類成員發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并將融合后的數(shù)據(jù)直接傳輸給基站，該過程采用單跳的通信方式。

　　4 ADEECS協(xié)議仿真與分析

　　仿真中，使用Matlab作為仿真平臺(tái)，采用與文獻(xiàn)[3]相同的能量消耗模型。仿真參數(shù)如表1所示。

　　文中將ADEECS與EECS和LEACH協(xié)議性能進(jìn)行仿真對(duì)比。

　　4.1簇頭分布的仿真對(duì)比

　　LEACH簇頭個(gè)數(shù)取最優(yōu)值。在仿真中，LEACH簇頭個(gè)數(shù)為6;取T=0.15，R=26，w=0.8。由3種協(xié)議的簇頭分布圖(圖2～圖4)可以看出，LEACH協(xié)議簇頭隨機(jī)分布;EECS協(xié)議簇頭分布比較均勻，但存在簇頭漏洞問題;ADEECS協(xié)議簇頭真正實(shí)現(xiàn)了均勻分布。所以，提出的延遲發(fā)送競(jìng)選消息的方法很好地解決了LEACH和EECS協(xié)議在簇頭選舉過程中存在的問題。

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