余 歡，劉 群

（重慶郵電大學(xué) 計(jì)算智能重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400065）

0 引 言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （wireless sensor networks，WSN）不僅僅是對(duì)環(huán)境實(shí)時(shí)信息的采集與管理，也實(shí)現(xiàn)物與物，人與物之間實(shí)時(shí)信息的交換與通信，實(shí)現(xiàn)了智能化識(shí)別、定位、跟蹤和管理的目的。因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被用于戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)定位［1］、智能 交 通［2］、生 理 數(shù) 據(jù) 采 集［3］和 海 洋 探 測(cè)［4］等眾多領(lǐng)域。傳感器節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行大量信息的計(jì)算、傳輸和存儲(chǔ)，因而面臨著較大的能耗和帶寬等資源壓力［5］，需要采取合理的路由方法，提高節(jié)點(diǎn)的能源利用率延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的壽命。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多對(duì)一的特性導(dǎo)致其部分節(jié)點(diǎn)由于轉(zhuǎn)發(fā)過多的數(shù)據(jù)過早死亡，形成能量空洞。目前解決能量空洞的方法主要有兩方面：一是在由相同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的同構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)上提高網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，改進(jìn)路由方法；二是在由不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)上降低節(jié)點(diǎn)能耗。

典型的蟻群算法和LEACH算法都是基于同構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法。兩者都對(duì)能量的利用率有一定的提高，但是都沒有改變靠近sink節(jié)點(diǎn)的傳感器的總的能耗，sink周圍的節(jié)點(diǎn)還是會(huì)很快死亡。

文獻(xiàn) ［6－8］采用節(jié)點(diǎn)非均勻分布的異構(gòu)方式，該方法延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命提高了數(shù)據(jù)容量。但是在節(jié)點(diǎn)布置的時(shí)候經(jīng)計(jì)算如果要使節(jié)點(diǎn)的能量消耗更均衡就要在sink節(jié)點(diǎn)附近部署更密集的傳感器節(jié)點(diǎn)這是不現(xiàn)實(shí)的。sink節(jié)點(diǎn)的位置固定不變導(dǎo)致了能量空洞的產(chǎn)生。文獻(xiàn) ［9］指出sink節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中受限的條件下移動(dòng)可以最大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，但sink節(jié)點(diǎn)的不斷移動(dòng)導(dǎo)致頻繁的拓?fù)渥兓黾庸?jié)點(diǎn)的能耗和載波沖突率。

美國(guó)于2005年開始在長(zhǎng)達(dá)2000英里的美墨邊境美方一側(cè)修建的電子虛擬圍欄計(jì)劃也于2010年正式完成。該項(xiàng)目集中了紅外攝像、振動(dòng)傳感、雷達(dá)等多種探測(cè)手段以防止偷渡者進(jìn)入美國(guó)。這種在大型的位置清楚的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中利用有線捷徑減少平均路徑長(zhǎng)度而獲得節(jié)能。傳感器節(jié)點(diǎn)不僅可以在這些節(jié)點(diǎn)上自由移動(dòng)以便更好的對(duì)森林、河流、濕地、海岸線等環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以將采集到的信息通過有線進(jìn)行傳輸，同時(shí)利用有線鏈對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量補(bǔ)給。改善了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。而此時(shí)有線鏈的布置就顯得尤為重要。

文獻(xiàn) ［10］將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為等長(zhǎng)的環(huán)，經(jīng)過周密計(jì)算在其中一環(huán)內(nèi)添加多條有線長(zhǎng)鏈將此環(huán)中的部分節(jié)點(diǎn)通過有線鏈直接與sink節(jié)點(diǎn)連接，相比未添加有線鏈時(shí)網(wǎng)絡(luò)壽命大幅度提高了。

本文在研究各類型的路由協(xié)議基礎(chǔ)上，采用的添加有線鏈的方式，提出了一種新的有線鏈布置方案，構(gòu)建異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，減緩sink節(jié)點(diǎn)周圍能量的能耗速度從而提高網(wǎng)絡(luò)能量利用率，解決能量空洞問題，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。

1 網(wǎng)絡(luò)模型與問題描述

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

設(shè)網(wǎng)絡(luò)模型為如圖1所示的圓形區(qū)域，N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)均勻分布在一個(gè)半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的密度為ρ，sink節(jié)點(diǎn)位于圓心處，本網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)部署后位置都固定不變。其中cj和ci均表示圓環(huán)到sink節(jié)點(diǎn)的距離。為緩解能量空洞，我們?cè)诰嚯xsink節(jié)點(diǎn)ci處添加一條串聯(lián)此環(huán)上的傳感器節(jié)點(diǎn)的有線鏈環(huán)，再通過一條有線鏈將sink節(jié)點(diǎn)與有線鏈環(huán)相連接以便于有線鏈環(huán)直接將數(shù)據(jù)傳回sink節(jié)點(diǎn)以及sink節(jié)點(diǎn)為有線鏈上的傳感器節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量。在本網(wǎng)絡(luò)模型中：①與sink節(jié)點(diǎn)距離cj以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)直接傳回sink節(jié)點(diǎn)；②與sink節(jié)點(diǎn)距離cj與ci之間的數(shù)據(jù)的傳輸方向?yàn)閏j→ci；③與sink節(jié)點(diǎn)距離ci與R之間的數(shù)據(jù)的傳輸方向?yàn)镽→ci。

圖1 網(wǎng)絡(luò)模型

1.2 能量模型

本文采用與文獻(xiàn) ［11］相同的無線通信能量消耗模型，由節(jié)點(diǎn)的發(fā)送能耗式 （1）和接收能耗式 （2）兩部分組成

式中：s——節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)，Eelec——發(fā)射電路損耗的能量，d——傳輸距離。式 （1）中，若傳輸距離小于閾值d0則采用自由空間模型；當(dāng)傳輸距離大于等于閾值d0時(shí)則采用多路徑衰減模型。εfs，εamp分別表示這兩種模型中功率放大所需能耗。在本文后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，參數(shù)的設(shè)置，見表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

1.3 問題描述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目的主要是在滿足系統(tǒng)功能的條件下盡可能的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。

定義 網(wǎng)絡(luò)壽命：本文中指從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始采集數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)第一個(gè)死亡節(jié)點(diǎn)的時(shí)長(zhǎng)。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中死亡節(jié)點(diǎn)的能量已經(jīng)消耗完或不足以完成一次傳輸任務(wù)。

通過上面的能量模型可知，網(wǎng)絡(luò)壽命的長(zhǎng)短與能量消耗的快慢密切相關(guān)，而能量消耗的多少與傳輸距離成冪次方關(guān)系，同時(shí)本文采用添加有線鏈的方式來緩解能量空洞，因此，傳輸距離以及有線鏈添加的位置至關(guān)重要。這樣本文要解決的問題為：①傳輸半徑r取什么值最優(yōu)使得網(wǎng)絡(luò)能量消耗最??；②布置有線鏈的具體位置。

2 傳輸半徑的優(yōu)化分析

通過上面的能量模型可以知道當(dāng)節(jié)點(diǎn)的傳輸距離即d的值不同時(shí)，選取的能量公式不同。由于有線鏈的添加對(duì)未添加有線鏈這部分距離的能耗并沒有影響，因此我們，采用一般的未添加有線鏈由外向內(nèi)傳輸?shù)哪Ｐ蛯?duì)傳輸半徑r進(jìn)行分析。

2.1 圓內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載

設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)在一輪數(shù)據(jù)收集中產(chǎn)生sbit數(shù)據(jù)，根據(jù)前面網(wǎng)絡(luò)模型中定義的數(shù)據(jù)，可得到圓內(nèi)與中心節(jié)點(diǎn)sink距離為x的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載有定理。

定理 設(shè)圓心sink處為0，距離sink節(jié)點(diǎn)為x處的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)負(fù)載量包括自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量和接收的外圍數(shù)據(jù)。距離sink節(jié)點(diǎn)x的單個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載量如下

證明：在網(wǎng)絡(luò)中如圖1所示，任取一寬度為Δx的圓環(huán)，Δx的取值非常小，趨近于0。在該位置處圓環(huán)的面積為π（2xΔx＋Δx2），在x處接收外圍的傳輸半徑為r的圓環(huán)個(gè)數(shù)則圓環(huán)在單位時(shí)間內(nèi)一輪數(shù)據(jù)收集過程中接收外圍的數(shù)據(jù)量為因?yàn)閳A環(huán)單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)總量以及圓環(huán)內(nèi)的總節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)可求。所以，距離sink節(jié)點(diǎn)x處的節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)承載量為

根據(jù)定理可得到如圖2、圖3所示的距離sink節(jié)點(diǎn)不同位置處節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)承載量。從圖中可以看出承載的數(shù)據(jù)量與離sink節(jié)點(diǎn)的距離x成單調(diào)遞減的關(guān)系，靠近sink節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)承載量最大。隨著傳輸半徑r增大，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的承載量減小。

圖2 不同傳輸半徑下承載的數(shù)據(jù)量與距離sink節(jié)

圖3 不同圓形半徑下承載的數(shù)據(jù)量與距離sink節(jié)點(diǎn)的關(guān)系

2.2 圓內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)處的能量負(fù)載

得到了距離sink節(jié)點(diǎn)x的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載，依據(jù)式（3）可以得到圓內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)處的能量負(fù)載。

推論1 到sink距離為的x節(jié)點(diǎn)的能量負(fù)載下：

（1）當(dāng)傳輸半徑r＜d0時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸中功率放大能耗采用自由空間模型，距離sink節(jié)點(diǎn)x處的單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗為

（2）當(dāng)傳輸半徑r≥d0時(shí)，距離sink節(jié)點(diǎn)x處的節(jié)點(diǎn)，若x小于閾值d0，則數(shù)據(jù)傳輸中功率放大能耗采用自由空間模型；若x大于等于閾值d0，則數(shù)據(jù)傳輸中功率放大能耗采用多路徑衰減模型。距離sink節(jié)點(diǎn)x處節(jié)點(diǎn)的能量消耗為

已知網(wǎng)絡(luò)模型中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始能量相等，因此要提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命，就要最小化網(wǎng)絡(luò)中能耗最大節(jié)點(diǎn)的能耗。

根據(jù)推理1，經(jīng)過多組實(shí)驗(yàn)，此處為便于觀察，選擇其中部分實(shí)驗(yàn)組，得到如圖4和圖5所示的距離sink節(jié)點(diǎn)不同距離處的能量消耗。通過圖4可以看出，圓形區(qū)域的面積一定時(shí)且傳輸半徑小于閾值d0時(shí)，隨著傳輸半徑r的增大，所有對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的能耗都在減小，因此，傳輸半徑取閾值d0＝87m時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗最小。通過圖5可以看出，圓形區(qū)域的面積一定時(shí)且傳輸半徑大于閾值d0時(shí)，除了sink節(jié)點(diǎn)周圍的節(jié)點(diǎn)，在與sink節(jié)點(diǎn)距離恰為傳輸半徑的r處節(jié)點(diǎn)的能耗最大。隨著傳輸半徑r的減小，能耗最大節(jié)點(diǎn)的能耗隨著減小，因此當(dāng)傳輸半徑恰為閾值87m時(shí)，是取各個(gè)傳輸半徑中能耗最大節(jié)點(diǎn)中的最小值。通過計(jì)算與分析我們可以得到網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)傳輸半徑r＝d0＝87m，網(wǎng)絡(luò)能耗模型采用多路徑衰減模型。

圖4 傳輸半徑小于閾值時(shí)不同半徑下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗

圖5 傳輸半徑大于等于閾值時(shí)不同半徑下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗

3 添加有線鏈

本文中采用添加有線鏈的方式，與sink節(jié)點(diǎn)距離cj以內(nèi)的數(shù)據(jù)直接傳回sink節(jié)點(diǎn)，cj環(huán)以外的數(shù)據(jù)傳到ci環(huán)處，通過有線鏈的方式傳回sink節(jié)點(diǎn)，因此，除sink節(jié)點(diǎn)周圍的節(jié)點(diǎn)以外，能量消耗最快的節(jié)點(diǎn)就是有線鏈周圍的節(jié)點(diǎn)，所以有線鏈添加的位置就尤為重要。

在此模型下，由于添加有線鏈，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不同位置處的能量負(fù)載與未添加有線鏈時(shí)有所改變。

3.1 添加有線鏈情況下節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載

推論2 在添加有線鏈的情況下，由于傳輸方向及傳輸距離的改變，節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載需要分段計(jì)算。具體的數(shù)據(jù)負(fù)載如下

證明方法與定理類似。

3.2 添加有線鏈情況下節(jié)點(diǎn)的能量負(fù)載

推論3 由于添加有線鏈，位于不同位置處其能量負(fù)載與未添加時(shí)的范圍以及距離都有所變化，具體的能量負(fù)載如下：

（1）當(dāng)0＜x≤cj時(shí)，其節(jié)點(diǎn)的能量消耗公式為

（2）當(dāng)cj＜x＜ci時(shí)，其節(jié)點(diǎn)的能量消耗公式為

（3）當(dāng)ci≤x≤R時(shí)，其節(jié)點(diǎn)的能量消耗公式為

由式 （7）～式 （9）可以分段求得距離sink節(jié)點(diǎn)x處的節(jié)點(diǎn)的能量消耗。

3.3 添加有線鏈的位置

通過前面的分析可以知道，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在添加有線鏈以及改變傳輸方向之后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)被大致分為3個(gè)部分。通過前面的式 （7）～式 （9）我們可以求得具體每部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中能耗最大的節(jié)點(diǎn)的能耗。當(dāng)這三部分節(jié)點(diǎn)中的能量消耗最大的節(jié)點(diǎn)的能耗相等時(shí)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的壽命最長(zhǎng)。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)所中，sink節(jié)點(diǎn)周圍一定距離內(nèi)是沒有節(jié)點(diǎn)布置的，在半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，總共布置N個(gè)節(jié)點(diǎn)，則單個(gè)節(jié)點(diǎn)覆蓋的面積為單個(gè)節(jié)點(diǎn)覆蓋半徑為：因此靠近sink節(jié)點(diǎn)的起始能耗點(diǎn)由覆蓋半徑處的節(jié)點(diǎn)開始計(jì)算.靠近添加有線鏈兩邊的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)也設(shè)定與有線鏈ci的距離為r0。通過算法我們可以得到靠近sink節(jié)點(diǎn)cj以內(nèi)的數(shù)據(jù)直接傳回sink節(jié)點(diǎn)以及在ci處添加有線鏈網(wǎng)絡(luò)的壽命最長(zhǎng)。此處ci、cj的值都選取正整數(shù)進(jìn)行計(jì)算，因此算法中當(dāng)未到達(dá)要求時(shí)，ci、cj的值加上整數(shù)1。

算法：添加有線鏈的具體位置算法

輸入：網(wǎng)絡(luò)半徑R＝1000m，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)N＝1000，傳輸半徑r＝87m，單個(gè)節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量s＝10kbit，及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

輸出：距離sink節(jié)點(diǎn)cj以內(nèi)的數(shù)據(jù)直接傳回sink節(jié)點(diǎn)，cj的值，及添加有線鏈的位置ci。

步驟1 初始化cj＝r0和ci＝cj＋2r0；

步驟2 依據(jù)推論2和推論3求出在cj和ci取不同值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)被劃分的三部分中距離sink節(jié)點(diǎn)x處的能耗；

步驟3 比較各部分中各節(jié)點(diǎn)的能耗，將能耗最大的節(jié)點(diǎn)分別記為：E1max，E2max，E3max；

步驟5 當(dāng)ci＜R時(shí)，ci＝ci＋1，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2；

步驟6 當(dāng)cj＜R時(shí)，cj＝cj＋1，ci＝cj＋2r0，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2；

步驟7 輸出此時(shí)ci，cj的值，End。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證添加有線鏈對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠行裕疚耐ㄟ^仿真來評(píng)估該算法的性能。對(duì)所提出的添加單條有線鏈的算法與文獻(xiàn) ［11］的添加多條有線鏈的算法進(jìn)行了性能比較。假設(shè)在半徑R＝1000m的圓形傳感器網(wǎng)絡(luò)中有N＝1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)的初始能量e＝50J，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為10kbit。能量公式及其他能量計(jì)算參數(shù)見第二節(jié)內(nèi)容。

首先，我們通過算法可以求得添加有線鏈的位置ci＝683m和相距sink節(jié)點(diǎn)cj＝204m以內(nèi)的數(shù)據(jù)直接傳回sink節(jié)點(diǎn)。根據(jù)求得的cj，ci值帶入推論2，可以求得節(jié)點(diǎn)在距離sink節(jié)點(diǎn)任意位置處的數(shù)據(jù)負(fù)載。將添加有線鏈后的數(shù)據(jù)負(fù)載與未添加有線鏈的情況進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。由圖6中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)添加有線鏈后，距離sink節(jié)點(diǎn)x處各個(gè)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的數(shù)據(jù)量更加均衡。

圖6 添加有線鏈前后各個(gè)節(jié)點(diǎn)處承擔(dān)的數(shù)據(jù)量對(duì)比

將本文添加一條有線鏈的數(shù)據(jù)負(fù)載與添加多條有線鏈的情況進(jìn)行對(duì)比，如圖7所示。由圖7可以看出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中承載數(shù)據(jù)量最大的節(jié)點(diǎn)處添加單條有線鏈的方式比添加多條有線鏈的方式承載的數(shù)據(jù)量少。

圖7 兩種不同有線鏈添加方式各節(jié)點(diǎn)處承擔(dān)的數(shù)據(jù)量對(duì)比

其次，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的壽命由網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)消耗的能量決定。這里通過已知的各個(gè)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的數(shù)據(jù)量以及能量消耗公式，可以分別求得在添加有線鏈和未添加有線鏈情況下距離sink節(jié)點(diǎn)x處的單位時(shí)間內(nèi)能量消耗對(duì)比如圖8所示。圖8表明添加有線鏈后網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗更加均衡，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大能量消耗相比未添加有線鏈時(shí)已經(jīng)明顯減少了，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的能量消耗均衡。

圖8 添加有線鏈前后各個(gè)節(jié)點(diǎn)處承擔(dān)的數(shù)據(jù)量對(duì)比

將本文添加一條有線鏈的能量負(fù)載與添加多條有線鏈的情況進(jìn)行對(duì)比如圖9所示。由圖9可以看出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中能量消耗最大的節(jié)點(diǎn)處添加單條有線鏈的方式比添加多條有線鏈的方式消耗的能量少。

圖9 兩種不同有線鏈添加方式各節(jié)點(diǎn)處承擔(dān)的能耗對(duì)比

已知不同位置處節(jié)點(diǎn)的初始能量和能量消耗，且在第一節(jié)我們已經(jīng)定義網(wǎng)絡(luò)壽命為第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)中最大能耗處節(jié)點(diǎn)的壽命為網(wǎng)絡(luò)的生命周期。單條有線鏈添加方式，多條有線鏈添加方式以及未添加有線鏈時(shí)網(wǎng)絡(luò)的壽命對(duì)比如圖10所示。通過圖形可知，本文單條有線鏈添加方式后網(wǎng)絡(luò)的性能提高了，生命周期是未添加有線鏈時(shí)的38倍；多條有線鏈添加方式網(wǎng)絡(luò)的生命周期是未添加有線鏈時(shí)的27.7倍。本文單條有線鏈添加方式相比文獻(xiàn)［11］多條有線鏈添加方式網(wǎng)絡(luò)的生命周期提高了36.9%?？梢娡ㄟ^本文的方式添加有線鏈后有效的緩解了網(wǎng)絡(luò)的能量空洞。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了現(xiàn)在存在的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中各種避免能量空洞的方式，通過分析選擇添加有線鏈來緩解能量空洞。通過計(jì)算與分析得到了一般情況下節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)傳輸半徑，在最優(yōu)傳輸半徑的情況下對(duì)添加有線鏈后節(jié)點(diǎn)的能量負(fù)載和能量消耗進(jìn)行分析，并將其與未添加有線鏈時(shí)的各種情況進(jìn)行對(duì)比。通過實(shí)驗(yàn)表明了添加有線鏈后網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載更加均衡，網(wǎng)絡(luò)的能量消耗也更加均衡，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期得到了幾十倍的提高。下一步的研究工作是在此基礎(chǔ)上研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的小世界特性，將部分節(jié)點(diǎn)連接，使其具有小世界特性，以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)壽命，提高能量使用率。

圖10 采用不同添加有線鏈方式下的網(wǎng)絡(luò)壽命對(duì)比

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