WSN中层次路由算法研究与.ppt

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1、WSN中层次路由算法研究与仿真实现导师：刘玉华教授学生：贾永灿2021/7/201目录WSN概述及层次路由协议研究现状新算法的模型背景新的多层分簇路由方案的提出多层簇结构的动态生成基于退避算法的最小转发代价场仿真结果分析结论与展望参考文献2021/7/202WSN概述1.体系结构2021/7/203图1无线传感器网络体系结构WSN概述2.传感器节点的能耗分布2021/7/204图2节点能耗E(trans.)≈E(rece.)≈E(idle)>>E(sleep)≈E(sens.)≈E(cpu)减少通信流量

2、采用多跳通信方式增加休眠时间层次路由研究现状2021/7/205网络通常被划分为簇(cluster)：簇首(clusterhead)和簇成员(clustermember)。图3层次路由体系结构1.HierarchicalTopology层次路由研究现状2021/7/206成员节点大部分时间可以关闭通信模块，由簇头构成一个更上一层的连通网络来负责数据的长距离路由转发。这样既保证了原有覆盖范围内的数据通信，也在很大程度上节省了网络能量；(2)簇头融合了成员节点的数据之后再进行转发，减少了数据通信量，从而节省了

3、网络能量；(3)成员节点的功能比较简单，无须维护复杂的路由信息。这大大减少了网络中路由控制信息的数量，减少了通信量；(4)分簇拓扑结构便于管理，有利于分布式算法的应用，可以对系统变化做出快速反应，具有较好的可扩展性，适合大规模网络；(5)与平面路由相比，更容易克服传感器节点移动带来的问题。2.分簇路由机制优点:层次路由之LEACH协议探讨2021/7/207LEACH–Architecture层次路由之LEACH协议探讨2021/7/208将基于TDMA的MAC协议与聚类协议和一个简单的”路由”协议集成在

4、一起！层次路由之LEACH协议探讨2021/7/209将稳定通信阶段的时间轴划分成固定长度的时间桢(Frame)每个时间桢在进一步划分成固定数量的时隙某个节点可以在该时隙中周期性地在每个时间桢中发送数据新算法的模型背景1.假设2021/7/2010(l)所有节点都是同构的，并且节点能量有限；(2)传感器节点位置固定；且距离目标检测区域较远；(3)节点在其他节点的直接通信范围内，并且可以直接和sink通信；(4)节点随机分布在一个兴趣区域内。周期性地感知环境并且通常每轮都有数据传输。将其所有收到的数据和自己

5、感知的数据进行融合，产生一个新数据包；(5)网络是时钟驱动的，感知信息的传送是在规定的时间间隔内进行的。传感器节点均由本地时钟来跟踪公共时间，以实现时钟的同步；新算法的模型背景2.信道传输和能耗模型2021/7/2011接收电路发射电路发射放大器kbit数据包kbit数据包发送接收融合新的多层分簇路由方案的提出2021/7/20121.传统的多层次分簇示意各簇头节点重复担任各级簇首的角色，在实际通信中很容易因过快成为网络中的“热点”导致局部网络瘫痪。新的多层分簇路由方案的提出2021/7/20132.NH

6、CR分簇示意本算法中，新的簇首始终从网络中的当前非簇头节点中产生。即，下一层簇头不在上一层簇头集合中产生，本层簇头只负责处理本层的数据收集和融合。多层簇结构的动态生成2021/7/20141.成簇过程中节点自我当选时的概率公式其中rs表示节点连续未当选簇头的轮次。一旦当选了簇头，rs重置为零。针对leach中T(n)计算公式的不足，将能量因素考虑进来，综合考虑了节点能量和门限值大小对簇头选取的影响；2021/7/2015多层簇结构的动态生成2.生成算法伪代码主要部分2021/7/2016多层簇结构的动态生

7、成3.补充说明需要强调的是，当第k层簇形成后，那些可能在第k+1层簇形成阶段成为簇头的节点，需要在广播当选消息中通告网络中的节点：自己所处簇的层次以及自己的状态；这样，网络中的第k层簇头节点就可以解除与这些新当选节点的包含关系。1-8行，非簇头节点依随机数与根据公式T(n)计算所得概率值比较结果决定是否成为簇头；9-12行,各节点收到簇头生成消息后，首先检查该消息对应的簇头所属层数是否是自己的直接上层，如果不是将不作任何响应直接丢弃；否则，保留该节点信息至候选簇头列表。13-22行,节点计算候选簇头对应的

8、加入标准，依据上文提到的两种情形选择相应的簇头节点直接发送加入消息。2021/7/2017基于退避算法的最小转发代价场1.最小代价场的生成节点并不会急于将每次修改后的代价广播出去，而是等待延迟时间到了以后再响应;每个节点仅向周围节点广播包含最小转发代价的信息，而丢弃那些不是最优信息的数据包；每个节点仅仅通过一次广播就可以建立最小转发代价。2021/7/2018基于退避算法的最小转发代价场2.最小代价场的工作过程数据包所携带的总