低能耗和低時(shí)延的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據融合算法
如圖1,簇頭節點(diǎn)9首先啟動(dòng)運算并檢測自身的剩余能量值S9,若S9ST,則置H9=0,并向其它節點(diǎn)廣播信息,使其它節點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài);若S9>ST,則置H9=1,而后簇頭節點(diǎn)9把自己所在的位置告訴鄰近的非簇頭節點(diǎn),由它們自己判斷到簇頭節點(diǎn)9的最小跳數和剩余能量,并把信息反饋給簇頭節點(diǎn)9,由其選擇那些非簇頭節點(diǎn)可以加入其為簇頭節點(diǎn)的簇內。圖1中,節點(diǎn)1判斷自己到簇頭節點(diǎn)9的跳數為4跳,且距離其最近的非簇頭節點(diǎn)4的剩余能量為S4,雖然節點(diǎn)4距簇頭節點(diǎn)最小跳數為3跳小于節點(diǎn)1到簇頭節點(diǎn)的跳數,但是由于S4小于ST,節點(diǎn)4仍不能作為節點(diǎn)1的父節點(diǎn),而后繼續判斷距離簇頭節點(diǎn)9較遠但到簇頭節點(diǎn)9的跳數仍為3跳的節點(diǎn)5的剩余能量,由于S5大于ST,所以節點(diǎn)1選擇節點(diǎn)5作為父節點(diǎn),同理,5的父節點(diǎn)為7,7的父節點(diǎn)點(diǎn)為8,8的父節點(diǎn)為簇頭節點(diǎn)9,至此一個(gè)簇建立完畢。
2.3 時(shí)隙分配方案
節點(diǎn)在信息傳輸的過(guò)程中,可能存在空閑偵聽(tīng)、傳輸碰撞等現象,從而導致傳感器網(wǎng)絡(luò )在進(jìn)行信道訪(fǎng)問(wèn)時(shí)存在較大的時(shí)延和能量消耗,因此設計了一種新的TDMA調度方案,并運用基于微粒群的Pareto(簡(jiǎn)稱(chēng)PAPSO)優(yōu)化方法,使得無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在完成規定的信息傳輸任務(wù)時(shí)每個(gè)節點(diǎn)的平均時(shí)隙和平均能耗最優(yōu)。
2.3.1 優(yōu)化目標
把初始節點(diǎn)傳送的信息在經(jīng)過(guò)單跳或多跳通信方式到簇頭節點(diǎn)的過(guò)程,稱(chēng)為一個(gè)事件,信息每次跳轉傳輸的過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)子事件,一個(gè)子事件對應一個(gè)執行節點(diǎn),并占用一個(gè)時(shí)隙,則無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )完成指定任務(wù)每個(gè)節點(diǎn)的平均時(shí)隙和平均能耗分別以f1和f2表達,如下所示。
和p_best的值,并把當前的粒子位置設置為p_best;用評價(jià)機制對粒子的p_best進(jìn)行評價(jià),找到g_best,而后計算出目標函數F中的每個(gè)目標值,用Pareto優(yōu)化概念,找出作用于整個(gè)解空間的非支配解,從而初步形成一個(gè)Pareto解集。
2)進(jìn)行迭代運算,用式(4)和式(5)產(chǎn)生下一代微粒群。
3)應用評價(jià)機制對X(j)和p_best(j)進(jìn)行評價(jià);如果f(X(j))>f(p_best(j)),則p_best(j)=X(j);更新所有個(gè)體的最優(yōu)位置和全局的最優(yōu)位;應用支配的概念,找出非支配解集,進(jìn)而找出Pareto解集。
4)滿(mǎn)足迭代條件(有此以迭代代數作為條件),輸出最后一代的種群個(gè)體(即Pareto最優(yōu)解集);否則,執行步驟3)。
3 仿真及其分析
在一個(gè)二維環(huán)境中進(jìn)行試驗,169個(gè)節點(diǎn)被均勻的放置在600 m2的網(wǎng)格區域中。
仿真試驗中,每個(gè)節點(diǎn)的信道容量為500kbs,并在可以形成鏈接的通信范圍內,設定通信距離為15m。節點(diǎn)活動(dòng)狀態(tài)和睡眠狀態(tài)的切換時(shí)間是470μs。以一個(gè)數據包的傳輸時(shí)間和可能的時(shí)鐘偏移時(shí)間之和作為T(mén)DMA時(shí)隙的大小。發(fā)送和接收一個(gè)數據包所需的功率是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種路由算法運行過(guò)程中網(wǎng)絡(luò )的生命周期。
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