能量与输出量关系於无线感测网路路由协定之效能探讨.doc

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1、能量與輸出量關係於無線感測網路路由協定之效能探討林明鋒陳清益吳旻叡紀乂倫吳建民南華大學資訊工程學系摘要先前已經有硏究證明出Leach-C在資料傳量與能暈的總消耗暈皆比Leach和Stat-clus來的好。在不篇文章屮，我們將從單位能暈所得到的資料暈以及每得到一筆資料所消耗的能暈來重新探討不同路由協定，在無線感測網路屮的效能準則。實驗屮'我們在固定的網路範圍以及固定的基地台位置下，分別採用不同的叢集數和節點個數來當作變數'並針對各節點初始能暈相同或不同時所產生的變化去做探討'最後算出資料傳輸暈大小、每傳送一・筆封包所需的能暈及每一單位能暈所能傳送的

2、封包數'藉以探討比較出二種路由協定在無線感測網路能量消耗與資料傳輸量的關係°關鍵字：Slat-clus、Leach、Leach-C1.前言無線感測器網路(WirelessSensorNetwork雇由許多無線感測器(sensornode)組成，感測器4要是在特定的感應範圍內監控某物體或環境的變化'感測器經市無線感測網路傳回感應結果給使用者'在民生、軍事、環境、家庭、航太或是醫學都有廣泛的應用。其屮有許多的應用，可分爲呈規則分佈及呈不規則分佈［1］。像是聲音感測器，這類的感測器節點的特性是位置爲固定，而且我們可以事先決定它的位置。而其架構乂可分爲兩

3、大類'有基礎架構和無基礎架構'這兩種架構都應用廣泛。在這篇文章屮，我們將探討無基礎架構的無線感測網路，由於無基礎架構內部毎台'電腦権限都是對等的'無法像有基礎架構那樣經由路由器統一管控'所以毎個無線網路區塊所能容忍的網路最人連線數與每台電腦最大封包流量，就成爲無基礎架構網路效能最重要的幾項控制因子。而無線感測網路的節點個數從數百到數萬個都有可能'使得網路運作非常複雜。加上所佈置的感測器'其節點位置通常是在用者難以到達的地方'所以很難去更換他的能量裝置［2］。因此如何節約能暈，來增進網路運作的時間'幾乎是所有感測器設計及協定設計首要考慮的重點。一個

4、有效率的路由協定對於無線感測網路的系統效能扮演相當重要得的角色。其中一個以叢集式集合爲槪念的路由協疋被提出來［1］。此協定主要是將多個鄰近的感測器組成一個叢集(Cluster)。每個叢集中再經由一定的程序選出一個叢集頭(Clusterhead)。並由叢集頭負責收集此叢集屮其他感測器的資料'整理並傳送給基地台。避免每個感測器都將自己的資米斗傳送給基地台'浪費不必要的能＞［3-4］。本次實驗就對不同的協定云探討無線網路在這些協定下的效能比較以及分析端點之問的叢集數及節點各數對網路效能和傳輸資料暈所造成的影響，並找出較好的情況下的理想產能範圍。2・IE

5、EE802.11媒介存取協定本實驗屮'將使用IEEE802.11來常作無線感測網路的媒介存取協定。802.11是一種由IEEE所制定的無線區域網路協定'是一種無線網路的協定。TEEE802.11使用載波感測多重存取及碰撞避免(CSMA/CA)的技術“EEE802.11有DistributedCoordinationFunction(DCF)和PointCoordinationFunction(PCF)兩種機制［5］。本實驗所使用的機制爲DCF。802.11是應用於更小範圍的網路技術，簡單的說就是將原本冇線區域網路改用無線的方式進行傳輸。IEEE8

6、02.11目的是制定一套在無線區域網路環境卜作業的通訊協定。它的規格最主要部份涵蓋了MAC層與PHY層的標準。MAC規格是爲適用於所有無線網路系統而制定;PHY則與傳輸媒介有關。IEEE802.11在統一的MAC層下面規範了各種不同的實體層，802.11標準支援的每一種傳訊號頻寬'都有不同的PHY規格。基本的分散協調式功能(DCF)並不支援即時多媒體的傳送。因此'IEEE802.11媒介存取控制的基本撷取方法無法保證即時資料的時限性，儘管是具有時限性的資料封包，一樣必須和一般的資料封包進入競爭視窗(Con(en【ionWindows，CW)來競爭

7、頻道的使用權。3.無線感測網路之路由協定在分析網路效能時‘我們使用了三種路由協定來做比較：3.1Static-Clustering(Stat-clus)整個路由算法在執行過程屮，將耗能最大的網路分叢集和網路拓樸計算等任務用資源幾乎不受限制的基地台來執行，從而避免了感測器網路使用感測器節點進行網路拓樸計算和路由發現竽導致過大的能暈開銷［3-4］。也由於使用集屮式網路拓樸計算'從而不需要感測器節點在路由發現過程屮不斷的發現新路由而導致能暈開銷。這樣的靜態網路可靠性高，網路結構簡單。最大可以的減•少了高效率網路的建立過程的訊息傅輸過程。3.1Low-E

8、nergyAdaptiveClusteringHierarchy(Leach)是叢集式架構中最具有代表性的路由協定。在LEACH屮［6］