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無(wú)線(xiàn)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 )
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在能量篩選算法中，我們指定了一個(gè)能量門(mén)限(pthresh_)判斷節點(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 )中存活節點(diǎn)的總數；Ei是本節點(diǎn)的能量。
pthresh_的表達式能夠將本節點(diǎn)的能量在網(wǎng)絡(luò )中的地位清晰地表示出來(lái)。當能量門(mén)限取1時(shí)，意味著(zhù)本節點(diǎn)能量遠遠低于網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)的平均能量。此時(shí)我們就可以設置節電關(guān)閉其無(wú)線(xiàn)收發(fā)機進(jìn)入休眠狀態(tài)，等到下個(gè)循環(huán)再重新開(kāi)啟，重復能量判斷過(guò)程；當門(mén)限值取Etotal／N* Ei時(shí)，就依照門(mén)限大小決定節點(diǎn)休眠的概率：我們假設根據改進(jìn)方法中能量判決門(mén)限所篩選出的節點(diǎn)就是最近周期內剛剛擔任過(guò)CH的節點(diǎn)。進(jìn)而令其在接下來(lái)的循環(huán)中進(jìn)入休眠，直至新的簇首節點(diǎn)競爭周期到來(lái)。因為剛在最近周期擔任過(guò)CH的節點(diǎn)，在能耗上的確大于其他節點(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節點(diǎn)的hasbeench_變量狀態(tài)，使每個(gè)節點(diǎn)在發(fā)送信息之前都先判斷一下該變量狀態(tài)(hasbcench_標志著(zhù)本節點(diǎn)在上一個(gè)循環(huán)是否為CH節點(diǎn))，如果hasbeench_為1，表示上個(gè)循環(huán)中此節點(diǎn)擔任過(guò)CH，則令其在本輪循環(huán)中進(jìn)入休眠；否則，就產(chǎn)生隨機數P與pthresh_做比較，一旦P小于門(mén)限pthresh_，則關(guān)閉節點(diǎn)，令其休眠；否則繼續執行發(fā)送函數中的其他指令，向sink節點(diǎn)發(fā)送信息。同時(shí)，對成簇階段的非簇內節點(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)啟節點(diǎn)。
3 仿真設計
改進(jìn)型LEACH的每輪循環(huán)分為節點(diǎn)能量篩選階段、簇形成階段和穩定工作階段三個(gè)部分：
(1)每輪循環(huán)開(kāi)始時(shí)，首先進(jìn)行節點(diǎn)能量篩選，將低能節點(diǎn)、非簇內節點(diǎn)以及在上輪循環(huán)中擔當簇頭的節點(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(kāi)啟節點(diǎn)；
(2)簇形成階段由decideClusterHead、advertiseClusterHead、findBestCluster、informClusterHead、createSchedule幾個(gè)函數組成，在經(jīng)過(guò)該階段后，簇頭節點(diǎn)和相應的簇內節點(diǎn)得以選出和形成，同時(shí)簇頭節點(diǎn)將根據本地信息給簇內節點(diǎn)分配TDMA時(shí)隙，并廣播給簇內所有節點(diǎn)；
(3)在穩定工作階段，簇內各個(gè)節點(diǎn)根據分配的TDMA時(shí)隙將感知的數據發(fā)送給簇頭，簇頭將數據聚合后發(fā)給基站。經(jīng)過(guò)一輪數據采集和收集工作后，為了均衡節點(diǎn)能量，將進(jìn)行新一輪的節點(diǎn)能量篩選和簇頭選擇。通常，穩定工作階段時(shí)間都比前兩階段長(cháng)。
4 仿真結果
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)節點(diǎn)都需要計算自身能量在整個(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 )平均能量的節點(diǎn)擔任簇頭，并將一些低能的數據冗余節點(diǎn)令其進(jìn)入休眠狀態(tài)，這樣節省了節點(diǎn)能耗，使網(wǎng)絡(luò )生存周期較LEACH協(xié)議延長(cháng)了14．4％，較LEACH-C協(xié)議延長(cháng)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。
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