低占空比无线传感器网络异步邻居发现算法研究-论文.pdf

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1、2014年第2期信息通信2014(总第134期)1NFORMATIoN&COMMUNICAT10NS(Sum．No134)低占空比无线传感器网络异步邻居发现算法研究王朝龙，徐正坤，殷锋(1．四川大学计算机学院，四川成都610064；2．中国人民解放军78020部队，云南昆明650000；3．西南民族大学计算机学院，四川成都610041)摘要：邻居发现是无线传感器网络能够正常通信的前提。为节省能量，低占空比无线传感器网络中的节点在生命期中大部分时间在休眠，从而导致较长的发现延迟。邻居发现算法需要在节省能量和缩短发现延迟之间进行平衡取舍。文章对近年提出的几种比较重要的低占空比无线传感器异步网络

2、邻居发现算法进行了总结，并以仿真实验加以对比。关键词：无线传感器网络；低占空比；邻居发现中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1673．1131(2014)02．0006-020引言据占空比参数选择一个素数P，并以p~p为周期组织算法时邻居发现问题是无线传感器网络(WSNs)通信协议的重序。在p~p的网格中，以下列规律令节点苏醒：要组成部分之一。为节省能量，低占空比WSNs中的节点在生命期中大部分时间在休眠，从而导致较长的发现延迟。邻：』ll，if[q，=OorO~[‘譬居发现算法必须要在节省能量和缩短发现延迟之间进行平0，otherwise衡取舍。因为不需要耗时耗能的同步通讯，异

3、步的邻居发现算法近年得到了较多的关注。目前，低占空比WSNs的异步邻居发现算法的基本做法都是先将时间分成固定间隔的时间槽。一个时间槽的时间长度可以保证完成一次发现过程。当两个节点有一个苏醒时槽重叠时，则可以认为节点发现了4SearchLight算法邻居。异步邻居发现算法分为两类：概率性和确定性算法。概light-S和searchliR两种。它是一种确定性邻居发现算法。率性算法如文献[1】等在保持节点能量低消耗的情况下，致力SearchLight．S的时间槽时序如图，节点周期为t·Lt／2J。它将苏在确定的时间内能够以较大概率发现邻居；而确定性算法如文献[2】【3][4]等则致力于在确定的时

4、间内能够100％地发现邻卜———————一t——————居节点。本文对近年提出的重要的异步低占空比无线传感器网络o臣Ⅱ工工]二[皿T邻居发现算法：Birthday，Disco，UConnect和SearchLight进行了总结，并以仿真实验加以对比。1Birthday算法T：t2．l2匪匹[匪[正[田]二二皿t“÷f2。；McGlynn等在文献[1]根据生日悖论提出了Birthday算3臣[二[二工二二[二皿法。一个节点分别以P。，P和P．的概率选择进入三种状态(休眠，传输和监听)之一。文献得出在时问槽n，两个节点互相发4正工工]]二田．现的期望概率是E()=2(1一(1一P，P，))但是

5、概率性邻居发现算法的最大缺点便是最差发现延迟1ight—S的探测时槽序为(1,2，3，4)，而Searchlight-R的探测时槽时间的不确定性，从而限制了算法的应用场合。序可为每个周期取个随机值，如(1,4，3，2)，(2，4，3，1)⋯⋯2Disco算法5性能仿真Dutta等在文献【2]中提出了Disco邻居发现算法。Disco5．1仿真指标和参数算法的基础来源于中国剩余定理：给定两个互质的整数和相应的余数，在两个互质数的乘积范围内，必然存在一个整数满实验中，我们对比各个邻居发现算法在相同的占空比参数下，足条件。Disco基于此提出了以素数作为占空比的倒数。考虑到两个节点可能选择同一个

6、素数导致永远无法发现对方的最差和平均发现延迟。仿真实验采用表1中的实验参数。缺陷，提出了以一个素数对(pjP：)作为布置时序的标准，其中表1仿真实验参数设置P，。与P．在一个节点取值不同，同时满足占空比为节点占空比DCBirⅡ1day的Disco的素数U-ConnectSearchLightDC苏醒概率对取值(和)的索数取值的t取值Pil2l％0．01(191，21l1l512o0这样即使两个节点不巧选择了同一个素数对，也可以保2％O．02(97，103)73l00证在有限的时间内可以发现对方。5％(默认)O．05(37，43)29．403U—Connect算法1O％O．107，23)13

7、206信息通信王朝龙等：低占空比无线传感器网络异步邻居发现算法研究实验中，我们对每种算c法oO罨执cO行lOuOo0I0O10o0}OJ次_S!，oO每次O一8都OI3随E0机『1o分5．4不同占空比情况下的平均发现延迟【sl0ls①配时序。本节仿真分析各个占空比参数对平均发现延迟的影响。5．2邻居发现延迟的累计分布函数CDF其中，Birthday算法我们只取其在固定延迟内已发现邻居的情本节对各个邻居发现算法在相同的占空