無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究
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在能量篩選算法中，我們指定了一個(gè)能量門限(pthresh_)判斷節(jié)點(diǎn)能量在網(wǎng)絡(luò)中的地位：
其中Etotal是網(wǎng)絡(luò)總能量；N代表網(wǎng)絡(luò)中存活節(jié)點(diǎn)的總數(shù)；Ei是本節(jié)點(diǎn)的能量。
pthresh_的表達(dá)式能夠?qū)⒈竟?jié)點(diǎn)的能量在網(wǎng)絡(luò)中的地位清晰地表示出來(lái)。當(dāng)能量門限取1時(shí)，意味著本節(jié)點(diǎn)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均能量。此時(shí)我們就可以設(shè)置節(jié)電關(guān)閉其無(wú)線收發(fā)機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等到下個(gè)循環(huán)再重新開啟，重復(fù)能量判斷過(guò)程；當(dāng)門限值取Etotal／N* Ei時(shí)，就依照門限大小決定節(jié)點(diǎn)休眠的概率：我們假設(shè)根據(jù)改進(jìn)方法中能量判決門限所篩選出的節(jié)點(diǎn)就是最近周期內(nèi)剛剛擔(dān)任過(guò)CH的節(jié)點(diǎn)。進(jìn)而令其在接下來(lái)的循環(huán)中進(jìn)入休眠，直至新的簇首節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)周期到來(lái)。因?yàn)閯傇谧罱芷趽?dān)任過(guò)CH的節(jié)點(diǎn)，在能耗上的確大于其他節(jié)點(diǎn)，其所剩的能量在網(wǎng)絡(luò)中必然處于較低的水平。所以在仿真中我們檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的hasbeench_變量狀態(tài)，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息之前都先判斷一下該變量狀態(tài)(hasbcench_標(biāo)志著本節(jié)點(diǎn)在上一個(gè)循環(huán)是否為CH節(jié)點(diǎn))，如果hasbeench_為1，表示上個(gè)循環(huán)中此節(jié)點(diǎn)擔(dān)任過(guò)CH，則令其在本輪循環(huán)中進(jìn)入休眠；否則，就產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)P與pthresh_做比較，一旦P小于門限pthresh_，則關(guān)閉節(jié)點(diǎn)，令其休眠；否則繼續(xù)執(zhí)行發(fā)送函數(shù)中的其他指令，向sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。同時(shí)，對(duì)成簇階段的非簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)，在接下來(lái)的循環(huán)中使其進(jìn)入休眠狀態(tài)直至新的成簇階段到來(lái)時(shí)才重新開啟節(jié)點(diǎn)。
3 仿真設(shè)計(jì)
改進(jìn)型LEACH的每輪循環(huán)分為節(jié)點(diǎn)能量篩選階段、簇形成階段和穩(wěn)定工作階段三個(gè)部分：
(1)每輪循環(huán)開始時(shí)，首先進(jìn)行節(jié)點(diǎn)能量篩選，將低能節(jié)點(diǎn)、非簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)以及在上輪循環(huán)中擔(dān)當(dāng)簇頭的節(jié)點(diǎn)令其進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到新的成簇階段到來(lái)時(shí)才重新開啟節(jié)點(diǎn)；
(2)簇形成階段由decideClusterHead、advertiseClusterHead、findBestCluster、informClusterHead、createSchedule幾個(gè)函數(shù)組成，在經(jīng)過(guò)該階段后，簇頭節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)得以選出和形成，同時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)將根據(jù)本地信息給簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)分配TDMA時(shí)隙，并廣播給簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)；
(3)在穩(wěn)定工作階段，簇內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)分配的TDMA時(shí)隙將感知的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭，簇頭將數(shù)據(jù)聚合后發(fā)給基站。經(jīng)過(guò)一輪數(shù)據(jù)采集和收集工作后，為了均衡節(jié)點(diǎn)能量，將進(jìn)行新一輪的節(jié)點(diǎn)能量篩選和簇頭選擇。通常，穩(wěn)定工作階段時(shí)間都比前兩階段長(zhǎng)。
4 仿真結(jié)果
4．1 網(wǎng)絡(luò)生存周期
由圖2分析可知，LEACH協(xié)議的第一節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間為410 s，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)失效時(shí)間為527 s；LEACH-C協(xié)議的第一節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間為380 s，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)失效時(shí)間為571 s；改進(jìn)型協(xié)議的第一節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間為280 s，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)失效時(shí)間為603 s。改進(jìn)型協(xié)議第一節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間最早，其主要原因是每輪簇形成之前，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要計(jì)算自身能量在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)，即進(jìn)行能量篩選，故能耗要稍大些。但是改進(jìn)型協(xié)議考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的水平，不允許低于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平均能量的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇頭，并將一些低能的數(shù)據(jù)冗余節(jié)點(diǎn)令其進(jìn)入休眠狀態(tài)，這樣節(jié)省了節(jié)點(diǎn)能耗，使網(wǎng)絡(luò)生存周期較LEACH協(xié)議延長(zhǎng)了14．4％，較LEACH-C協(xié)議延長(zhǎng)了5．9％。因此，改進(jìn)型協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)生存能力要優(yōu)于LEACH協(xié)議。
評(píng)論