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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究

作者: 時(shí)間:2011-09-13 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:對(duì)經(jīng)典的LEACH算法作了分析,提出了一種改進(jìn)型算法。通過(guò)仿真,改進(jìn)后的LEACH算法提高了的能效,延長(zhǎng)了系統(tǒng)的工作壽命。
關(guān)鍵詞:;LEACH

0 引言
傳感器通常由覆蓋一個(gè)地區(qū)的若干傳感器節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)收集及處理,并將得到的數(shù)據(jù)通過(guò)連接傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)是很具挑戰(zhàn)性的。首先,節(jié)點(diǎn)沒(méi)有全球唯一的標(biāo)識(shí)符,傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)路由無(wú)法應(yīng)用在傳感器網(wǎng)絡(luò)中;第二,傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都是源節(jié)點(diǎn),向唯一的目的節(jié)點(diǎn)Sink發(fā)送數(shù)據(jù);第三,由于在被測(cè)對(duì)象內(nèi)部或附近部署了大量的節(jié)點(diǎn),它們采集到的數(shù)據(jù)是相同或相近的。這就需要路由協(xié)議具有數(shù)據(jù)融合力,以節(jié)約電能,提高帶寬利用率;第四,節(jié)點(diǎn)具備處理能力。節(jié)點(diǎn)的電能存儲(chǔ)能力是很有限的,需要強(qiáng)大的資源管理和任務(wù)調(diào)度能力。因此,傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議是與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)截然不同的。

1 LEACH協(xié)議
簇的建立和簇頭特定任務(wù)的分配對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、壽命和能量效率起著非常大的作用。聚類(lèi)路由是降低簇中能量消耗的一種有效方式。LEACH(Low-Energy Adaptive Cluster-based Hierarchy)算法是最早的比較成熟的聚類(lèi)路由算法。
LEACH協(xié)議的隨機(jī)簇頭選擇分布不均勻,而且LEACH協(xié)議是根據(jù)節(jié)點(diǎn)曾經(jīng)擔(dān)當(dāng)簇頭的次數(shù)來(lái)決定是否擔(dān)任簇頭而沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量;同時(shí),LEACH網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在節(jié)點(diǎn)數(shù)量大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用時(shí)會(huì)采集大量的冗余數(shù)據(jù),這樣會(huì)使網(wǎng)絡(luò)由于處理大量的冗余數(shù)據(jù)而使網(wǎng)絡(luò)能耗大大增加,縮短了網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
LEACH-C(LEACH-centralized)是集中式的簇頭產(chǎn)生算法,由基站負(fù)責(zé)挑選簇頭。因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用節(jié)點(diǎn)數(shù)量大,節(jié)點(diǎn)覆蓋密度也大,這樣無(wú)法避免地使單個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)與整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)有很大的關(guān)聯(lián)性。而用戶需要的,并不是所有的節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)(包含冗余數(shù)據(jù)),而只是對(duì)發(fā)生事件的描述——利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集分析出的被觀測(cè)區(qū)域正在發(fā)生的事件狀況。

2 LEACH協(xié)議的改進(jìn)
可以對(duì)LEACH協(xié)議進(jìn)行改進(jìn),在成簇階段(setupstate)之前,插入一個(gè)以節(jié)點(diǎn)能量為判斷標(biāo)準(zhǔn)的篩選過(guò)程,將節(jié)點(diǎn)的剩余能量與網(wǎng)絡(luò)的平均能量相比較,一旦判斷出本節(jié)點(diǎn)的能量大大的低于網(wǎng)絡(luò)的平均能量,宣布節(jié)點(diǎn)在接下來(lái)的循環(huán)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(kāi)啟節(jié)點(diǎn),并再次進(jìn)行篩選。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(kāi)啟節(jié)點(diǎn)。
能耗設(shè)置方面,作了如下設(shè)置:發(fā)送節(jié)點(diǎn)的能耗包括啟動(dòng)收發(fā)機(jī)能耗和放大信號(hào)能耗;接受節(jié)點(diǎn)的能耗設(shè)置為啟動(dòng)收發(fā)機(jī)能耗。如圖1所示。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/161493.htm

b.jpg


從圖1可以看出:每處理k個(gè)bit的信息,需要消耗的能量為Eelec*k,而信號(hào)放大能量需要由信號(hào)傳播的距離決定,εamp為放大系數(shù)。我們可以把距離分作兩種:信號(hào)在簇內(nèi)部傳輸時(shí),我們視其為自由空間傳輸,此時(shí)信號(hào)收發(fā)機(jī)的能耗為:b.jpg為簇間傳輸距離。


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