低能耗和低時延的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法
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如圖1，簇頭節(jié)點(diǎn)9首先啟動運(yùn)算并檢測自身的剩余能量值S9，若S9ST，則置H9=0，并向其它節(jié)點(diǎn)廣播信息，使其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)；若S9>ST，則置H9=1，而后簇頭節(jié)點(diǎn)9把自己所在的位置告訴鄰近的非簇頭節(jié)點(diǎn)，由它們自己判斷到簇頭節(jié)點(diǎn)9的最小跳數(shù)和剩余能量，并把信息反饋給簇頭節(jié)點(diǎn)9，由其選擇那些非簇頭節(jié)點(diǎn)可以加入其為簇頭節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)。圖1中，節(jié)點(diǎn)1判斷自己到簇頭節(jié)點(diǎn)9的跳數(shù)為4跳，且距離其最近的非簇頭節(jié)點(diǎn)4的剩余能量為S4，雖然節(jié)點(diǎn)4距簇頭節(jié)點(diǎn)最小跳數(shù)為3跳小于節(jié)點(diǎn)1到簇頭節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)，但是由于S4小于ST，節(jié)點(diǎn)4仍不能作為節(jié)點(diǎn)1的父節(jié)點(diǎn)，而后繼續(xù)判斷距離簇頭節(jié)點(diǎn)9較遠(yuǎn)但到簇頭節(jié)點(diǎn)9的跳數(shù)仍為3跳的節(jié)點(diǎn)5的剩余能量，由于S5大于ST，所以節(jié)點(diǎn)1選擇節(jié)點(diǎn)5作為父節(jié)點(diǎn)，同理，5的父節(jié)點(diǎn)為7，7的父節(jié)點(diǎn)點(diǎn)為8，8的父節(jié)點(diǎn)為簇頭節(jié)點(diǎn)9，至此一個簇建立完畢。
2．3 時隙分配方案
節(jié)點(diǎn)在信息傳輸?shù)倪^程中，可能存在空閑偵聽、傳輸碰撞等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行信道訪問時存在較大的時延和能量消耗，因此設(shè)計了一種新的TDMA調(diào)度方案，并運(yùn)用基于微粒群的Pareto(簡稱PAPSO)優(yōu)化方法，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在完成規(guī)定的信息傳輸任務(wù)時每個節(jié)點(diǎn)的平均時隙和平均能耗最優(yōu)。
2．3．1 優(yōu)化目標(biāo)
把初始節(jié)點(diǎn)傳送的信息在經(jīng)過單跳或多跳通信方式到簇頭節(jié)點(diǎn)的過程，稱為一個事件，信息每次跳轉(zhuǎn)傳輸?shù)倪^程稱為一個子事件，一個子事件對應(yīng)一個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)，并占用一個時隙，則無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成指定任務(wù)每個節(jié)點(diǎn)的平均時隙和平均能耗分別以f1和f2表達(dá)，如下所示。
和p_best的值，并把當(dāng)前的粒子位置設(shè)置為p_best；用評價機(jī)制對粒子的p_best進(jìn)行評價，找到g_best，而后計算出目標(biāo)函數(shù)F中的每個目標(biāo)值，用Pareto優(yōu)化概念，找出作用于整個解空間的非支配解，從而初步形成一個Pareto解集。
2)進(jìn)行迭代運(yùn)算，用式(4)和式(5)產(chǎn)生下一代微粒群。
3)應(yīng)用評價機(jī)制對X(j)和p_best(j)進(jìn)行評價；如果f(X(j))>f(p_best(j))，則p_best(j)=X(j)；更新所有個體的最優(yōu)位置和全局的最優(yōu)位；應(yīng)用支配的概念，找出非支配解集，進(jìn)而找出Pareto解集。
4)滿足迭代條件(有此以迭代代數(shù)作為條件)，輸出最后一代的種群個體(即Pareto最優(yōu)解集)；否則，執(zhí)行步驟3)。
3 仿真及其分析
在一個二維環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，169個節(jié)點(diǎn)被均勻的放置在600 m2的網(wǎng)格區(qū)域中。
仿真試驗(yàn)中，每個節(jié)點(diǎn)的信道容量為500kbs，并在可以形成鏈接的通信范圍內(nèi)，設(shè)定通信距離為15m。節(jié)點(diǎn)活動狀態(tài)和睡眠狀態(tài)的切換時間是470μs。以一個數(shù)據(jù)包的傳輸時間和可能的時鐘偏移時間之和作為TDMA時隙的大小。發(fā)送和接收一個數(shù)據(jù)包所需的功率是81mW和180mW。
基于上述的網(wǎng)絡(luò)模型，分別對LEACH、DEEC及新算法進(jìn)行了仿真，重點(diǎn)比較和分析了3種路由算法運(yùn)行過程中網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
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