基于DSP的覆冰機器人控制系統研究

　　方案中，假設已知發(fā)送節點(diǎn)的發(fā)射功率，接收節點(diǎn)可以根據接收信號的強度，計算二者之間距離的近似值;發(fā)射功率可控，即節點(diǎn)可以根據自身需要調整發(fā)射功率。采用與文獻[5]相同的無(wú)線(xiàn)傳輸能量消耗模型。ADEECS協(xié)議按輪執行，每一輪分為網(wǎng)絡(luò )部署，簇頭選舉，成簇，數據傳輸這4個(gè)階段。

　　具體實(shí)現過(guò)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 )內廣播一個(gè)消息HELLO_MSG。傳感器節點(diǎn)根據接收信號的強度計算出自己到基站的近似距離，在與基站通信時(shí)，依據這個(gè)距離選擇適當的發(fā)射功率。在成簇階段，還將利用這個(gè)信息來(lái)均衡簇頭的負載。

　　階段2：簇頭選舉階段全局范圍內預先設定一個(gè)0～1之間的閾值T，用來(lái)控制參加簇頭競選的節點(diǎn)比例。每一個(gè)節點(diǎn)生成一個(gè)0～1之間的隨機數，記為u。若u

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

　　階段3：成簇階段簇頭向網(wǎng)絡(luò )所有節點(diǎn)廣播自己成為簇頭的消息HEAD_AD，內容為簇頭節點(diǎn)的標識及該節點(diǎn)與基站的距離。普通節點(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(lèi)加入，并發(fā)送消息JOIN_REQ。通信代價(jià)表達式為：

　　式(5)中參數與式(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)現了由聚類(lèi)成員節點(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，達到能量均衡的目的。

　　階段4：數據傳輸階段簇頭向所有成員節點(diǎn)廣播TDMA通信時(shí)隙調度信息TDMA_SCHEDULE。成員節點(diǎn)按分配好的TDMA時(shí)隙在某個(gè)時(shí)刻將自己檢測到的數據發(fā)送給簇頭。簇頭在接收聚類(lèi)成員發(fā)送數據的過(guò)程中進(jìn)行數據融合，并將融合后的數據直接傳輸給基站，該過(guò)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，采用與文獻[3]相同的能量消耗模型。仿真參數如表1所示。

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

　　4.1簇頭分布的仿真對比

　　LEACH簇頭個(gè)數取最優(yōu)值。在仿真中，LEACH簇頭個(gè)數為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)議簇頭隨機分布;EECS協(xié)議簇頭分布比較均勻，但存在簇頭漏洞問(wèn)題;ADEECS協(xié)議簇頭真正實(shí)現了均勻分布。所以，提出的延遲發(fā)送競選消息的方法很好地解決了LEACH和EECS協(xié)議在簇頭選舉過(guò)程中存在的問(wèn)題。

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