基于能量有效及多跳层次型拓扑控制算法

《基于能量有效及多跳层次型拓扑控制算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于能量有效及多跳层次型拓扑控制算法摘要：拓扑控制是无线传感器网络技术中的一个重要研究方向，良好的拓扑控制机制能够提高路由协议和MAC协议的效率，为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面提供基础。本文在提出一种基于能量有效和多跳的层次型拓扑控制算法。算法在簇首选择阶段综合考虑节点剩余能量、节点密度、节点间距离，在非簇首节点加入簇阶段综合考虑节点间剩余能量及距离，数据传输阶段根据临界条件来决定簇内数据传输采用多跳或者单跳的数据传输的机制。通过仿真软件验证发现算法使得网络分簇情况更加均衡，节点的平均功耗更少，更合理，网络的生存时间更长。Abstract:Topologycontrolisa

2、nimportantresearchdirectionofwirelesssensornetworktechnology,thegoodtopologycontrolmechanismcanimprovetheefficiencyoftheroutingprotocolandMACprotocol,andprovidebasisfordatafusion,timesynchronization,andtargetlocation.Thepaperputsforwardahierarchicaltopologycontrolalgorithmbasedonenergyefficienta

3、ndmultihop.TheAlgorithmoverallconsidersthenoderesidualenergy,nodedensity，anddistancebetweennodesinclusterheadselection,andconsidersthenoderesidualenergyanddistancebetweennodeswhennon-clusterheadnodejoiningcluster,andatthestageofdatatransmission,determinesthetransmissionwayaccordingtothecriticalc

4、onditions.Thealgorithmisprovedthatitmakesthenetworkclumpssituationmorebalaneed,theaveragepowerconsumptionofnodeisless，morereasonable,andnetworklifetimeislonger.关键词：能量有效；多跳；无线传感器网络；拓扑控制；仿真Keywords：energyefficient；multihop；wirelesssensornetwork(WSN)；topologycontrol；Simulation中图分类号:TP39文献标识码：A文章编号:

5、1006-4311(2013)03-0186-030引言无线传感器网络集成了传感器技术、嵌入式系统技术、微机电系统技术、分布式信息处理技术以及无线通信技术，有着不可估量的应用前景。无线传感器网络采用的传感器体积小、能量少、节点部署环境较差［1］。对于能量受限的无线传感器网络来说，在确保网络应用的前提下节约能量消耗是一个关键问题。通过拓扑控制技术生成优化的拓扑结构可以实现节约能源消耗。1LEACH算法的特点LEACH算法自适应性好，容错性高，并且能够有效的延长网络的寿命［2］。但是这种算法也存在着自身的缺点：①簇首节点分布不合理。由于簇首产生的随机性会导致整个网络分簇不均匀，致使部分簇首

6、相距基站远近不一，从加重某些簇首节点的负担，降低网络负载平衡度。②簇内节点分布不均匀。因为是随机性的产生簇首，所以就可能造成簇首负担的节点不均衡，网络拓扑结构分布不均匀使得簇首节点消耗能耗不一，造成网络能量负载不平衡，减少了网络生存时间。③簇首选举中没有考虑节点的剩余能量，剩余能量少的节点一旦当选为簇首，会导致该簇失效，甚至网络瘫痪。④簇内节点Hj直接把数据传输给簇首节点CHi,当两者之间的距离较远时，会加重簇内节点的能源消耗以及簇首节点的能源消耗。2系统模型本文采用文献［3］中的无线通信能量消耗模型，节点发送1bit的数据所消耗的能量为ETx(1,d),由发射电路损耗和功率放大损耗两

7、部分组成，即公式(1)所示：ETx(1,d)二ETx-elec(1)+ETx~mp(1,d)=lXEelec+lXeXdB(1)Eelec表示发射电路和接收电路损耗的能量消耗，在该模型中两者取相同值，能量消耗值与消息长度1成正比。功率放大时的能量消耗与发射节点和接收节点之间的传输距离d有关。根据传输距离d与给定阈值do之间的关系，发送节点选择不同的能量衰减模型计算发送数据所消耗的能量，即当传输距离小于do时，采用自由空间模型，发送数据的能量消耗