無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究
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在能量篩選算法中，我們指定了一個能量門限(pthresh_)判斷節(jié)點能量在網(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)點的總數(shù)；Ei是本節(jié)點的能量。
pthresh_的表達式能夠?qū)⒈竟?jié)點的能量在網(wǎng)絡(luò)中的地位清晰地表示出來。當能量門限取1時，意味著本節(jié)點能量遠遠低于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的平均能量。此時我們就可以設(shè)置節(jié)電關(guān)閉其無線收發(fā)機進入休眠狀態(tài)，等到下個循環(huán)再重新開啟，重復(fù)能量判斷過程；當門限值取Etotal／N* Ei時，就依照門限大小決定節(jié)點休眠的概率：我們假設(shè)根據(jù)改進方法中能量判決門限所篩選出的節(jié)點就是最近周期內(nèi)剛剛擔任過CH的節(jié)點。進而令其在接下來的循環(huán)中進入休眠，直至新的簇首節(jié)點競爭周期到來。因為剛在最近周期擔任過CH的節(jié)點，在能耗上的確大于其他節(jié)點，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節(jié)點的hasbeench_變量狀態(tài)，使每個節(jié)點在發(fā)送信息之前都先判斷一下該變量狀態(tài)(hasbcench_標志著本節(jié)點在上一個循環(huán)是否為CH節(jié)點)，如果hasbeench_為1，表示上個循環(huán)中此節(jié)點擔任過CH，則令其在本輪循環(huán)中進入休眠；否則，就產(chǎn)生隨機數(shù)P與pthresh_做比較，一旦P小于門限pthresh_，則關(guān)閉節(jié)點，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)點發(fā)送信息。同時，對成簇階段的非簇內(nèi)節(jié)點，在接下來的循環(huán)中使其進入休眠狀態(tài)直至新的成簇階段到來時才重新開啟節(jié)點。
3 仿真設(shè)計
改進型LEACH的每輪循環(huán)分為節(jié)點能量篩選階段、簇形成階段和穩(wěn)定工作階段三個部分：
(1)每輪循環(huán)開始時，首先進行節(jié)點能量篩選，將低能節(jié)點、非簇內(nèi)節(jié)點以及在上輪循環(huán)中擔當簇頭的節(jié)點令其進入睡眠狀態(tài)，直到新的成簇階段到來時才重新開啟節(jié)點；
(2)簇形成階段由decideClusterHead、advertiseClusterHead、findBestCluster、informClusterHead、createSchedule幾個函數(shù)組成，在經(jīng)過該階段后，簇頭節(jié)點和相應(yīng)的簇內(nèi)節(jié)點得以選出和形成，同時簇頭節(jié)點將根據(jù)本地信息給簇內(nèi)節(jié)點分配TDMA時隙，并廣播給簇內(nèi)所有節(jié)點；
(3)在穩(wěn)定工作階段，簇內(nèi)各個節(jié)點根據(jù)分配的TDMA時隙將感知的數(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)過一輪數(shù)據(jù)采集和收集工作后，為了均衡節(jié)點能量，將進行新一輪的節(jié)點能量篩選和簇頭選擇。通常，穩(wěn)定工作階段時間都比前兩階段長。
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)點死亡時間為410 s，整個網(wǎng)絡(luò)失效時間為527 s；LEACH-C協(xié)議的第一節(jié)點死亡時間為380 s，整個網(wǎng)絡(luò)失效時間為571 s；改進型協(xié)議的第一節(jié)點死亡時間為280 s，整個網(wǎng)絡(luò)失效時間為603 s。改進型協(xié)議第一節(jié)點死亡時間最早，其主要原因是每輪簇形成之前，每個節(jié)點都需要計算自身能量在整個網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)，即進行能量篩選，故能耗要稍大些。但是改進型協(xié)議考慮了節(jié)點剩余能量在整個網(wǎng)絡(luò)中的水平，不允許低于整個網(wǎng)絡(luò)平均能量的節(jié)點擔任簇頭，并將一些低能的數(shù)據(jù)冗余節(jié)點令其進入休眠狀態(tài)，這樣節(jié)省了節(jié)點能耗，使網(wǎng)絡(luò)生存周期較LEACH協(xié)議延長了14．4％，較LEACH-C協(xié)議延長了5．9％。因此，改進型協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)生存能力要優(yōu)于LEACH協(xié)議。
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