于 秦，王偉東，冷甦鵬，毛玉明

(電子科技大學光纖傳感與通信教育部重點實驗室 成都 611731)

基于元胞自動機的無線傳感網(wǎng)路由節(jié)能技術(shù)

于 秦，王偉東，冷甦鵬，毛玉明

(電子科技大學光纖傳感與通信教育部重點實驗室 成都 611731)

針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)路由協(xié)議設(shè)計需首要解決的節(jié)能問題，提出一種將元胞自動機(CA)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高效節(jié)能機制。該機制在路由層設(shè)置元胞處理模塊，通過路由報文捎帶CA信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自組織形成以sink節(jié)點為中心的多級元胞自動機區(qū)域，決策節(jié)點根據(jù)通信過程中攜帶的元胞信息切換傳感節(jié)點的工作狀態(tài)以實現(xiàn)節(jié)能。仿真結(jié)果驗證了該機制能降低網(wǎng)絡(luò)整體能量消耗，提高能量利用率，延長整個網(wǎng)絡(luò)生存周期。

元胞自動機; 節(jié)能; 路由; 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是一種涉及多學科的新型無線網(wǎng)絡(luò)。它綜合了傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、軟件編程等技術(shù)，是通信和計算機科學的一個研究熱點領(lǐng)域。WSN網(wǎng)絡(luò)通常部署在自然環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，節(jié)點的供電非常有限。因此如何在保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性沒有明顯降低的情況下，盡量減少節(jié)點能耗是目前研究的主要方向之一。

目前WSN節(jié)能的研究雖取得了一些成果，但仍存在以下問題：未能使用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對二維元胞自動機進行網(wǎng)絡(luò)仿真；尚處于數(shù)學算法研究階段；缺少將元胞自動機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相融合的實例。文獻[1]提出一種基于IEEE 802.15.4/Zigbee網(wǎng)絡(luò)的整體休眠策略，核心思想是以劃分時隙的方式實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)同步工作或休眠，即包括路由節(jié)點在內(nèi)的所有節(jié)點在工作時間傳輸并儲存數(shù)據(jù)信息。當休眠時隙到來時所有節(jié)點休眠，工作時隙到來時所有節(jié)點工作，傳輸緩存的數(shù)據(jù)信息。文獻[2]針對將元胞自動機模型用于無線網(wǎng)絡(luò)拓撲控制的問題，提出基于覆蓋度和連通度的考量標準下的元胞自動機模型，建立該模型的拓撲控制方法，并仿真其有效性。文獻[3]基于IEEE 802.15.4/Zigbee網(wǎng)絡(luò)比較AODV協(xié)議與樹形路由Zigbee協(xié)議在節(jié)能上的表現(xiàn)，提出了一種混合路由機制。文獻[4]提出基于元胞自動機的動態(tài)自組織算法，節(jié)點根據(jù)鄰居節(jié)點的工作/休眠狀態(tài)切換自身工作狀態(tài)，平均節(jié)點能耗。但該機制缺少全局控制的針對性，對待檢測區(qū)域缺乏可靠性，不適用于無線多跳網(wǎng)絡(luò)。文獻[5-6]指出自組織網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的決定性因素在于系統(tǒng)節(jié)點之間的內(nèi)在交互作用，而不是外界干擾或邊界條件的影響。

本文基于元胞自動機機制，在路由層設(shè)置元胞處理模塊(CA-modular)，通過路由報文中捎帶CA信息，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自組織形成以sink節(jié)點為中心的多級元胞自動機區(qū)域。sink節(jié)點元胞處理模塊根據(jù)CA信息和狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制決策是否應(yīng)使某些子節(jié)點進入休眠狀態(tài)。休眠節(jié)點定時器超時時，節(jié)點恢復(fù)工作狀態(tài)。該機制能降低無線傳感網(wǎng)絡(luò)整體能量消耗，提高能量利用率，延長整個網(wǎng)絡(luò)生存時間。

1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的元胞自動機模擬

二維元胞自動機(CA)是一類時間、空間、狀態(tài)都離散的動力學系統(tǒng)，其基本特點是：散布于規(guī)則網(wǎng)格中的每一元胞均取有限的離散狀態(tài)，各元胞遵循相同的演化規(guī)則進行更新[7]。元胞自動機的核心元素包括：節(jié)點狀態(tài)集合、節(jié)點狀態(tài)總數(shù)、節(jié)點鄰居集合和節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則。即元胞自動機A可以用4元組表示為A=(S,k,N,f )，其中，S代表節(jié)點所有可以處于的狀態(tài)，k代表節(jié)點的狀態(tài)總數(shù)，N為節(jié)點鄰居集合，F(xiàn)為狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則[8]。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)由大量分布式的微小傳感器節(jié)點構(gòu)成，每個節(jié)點只能與周圍臨近的節(jié)點進行通信，并依靠局部信息做出行為決策。而元胞自動機能夠以簡單的規(guī)則揭示復(fù)雜的全局特性，并且結(jié)構(gòu)簡單、易于計算機實現(xiàn)。因此，本文首先構(gòu)建面向無線傳感網(wǎng)絡(luò)的二維元胞自動機模型。該模型建立二維元胞自動機與實際無線傳感網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系，包括元胞空間與節(jié)點空間、元胞鄰居集與節(jié)點鄰居集、元胞狀態(tài)集與節(jié)點狀態(tài)集、元胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則與節(jié)點狀態(tài)更新等要素間的對應(yīng)關(guān)系。

考慮一個平面分布的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，N個靜態(tài)獨立的傳感節(jié)點以隨機的方式布撒在一個包含L×L個格子單元的規(guī)則二維網(wǎng)格中，網(wǎng)格即代表一個二維元胞空間。為簡化分析，假設(shè)一個網(wǎng)格單元至多包含一個傳感節(jié)點，這個平面無線傳感網(wǎng)即構(gòu)成元胞空間，一個傳感節(jié)點就是元胞空間中的一個元胞。任何節(jié)點在空間中的位置可以用該二維網(wǎng)格中的水平坐標i和垂直坐標j唯一標識。記C(i,j)表示處于(i,j)坐標的節(jié)點或元胞。元胞空間記為：

由于信號強度路徑衰減，每個節(jié)點存在最大通信距離Rc，二維元胞模型中的鄰居定義由該最大通信距離決定。定義節(jié)點鄰域為Moore型結(jié)構(gòu)，定義節(jié)點C(i,j)的通信鄰居集合為：

本文考慮傳感器節(jié)點采用S-MAC協(xié)議，即每個節(jié)點在每個round周期按照工作與休眠兩個階段的方式工作。節(jié)點根據(jù)喚醒規(guī)則選擇自己處于工作狀態(tài)或休眠狀態(tài)。當處于工作狀態(tài)時，節(jié)點則對周圍環(huán)境進行檢測并進行必要的處理；而處于休眠狀態(tài)時，節(jié)點將進入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。因而可以定義k=2，S={1,0}?！?”狀態(tài)表示節(jié)點工作；“0”狀態(tài)表示節(jié)點休眠。

對于任意節(jié)點C(i, j)，按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則有:

即1t+時刻的節(jié)點狀態(tài)是由t時刻該節(jié)點鄰居狀態(tài)按照一定規(guī)則f(?)確定的。

2 基于多級分區(qū)元胞自動機的多跳無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)能技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機散布的sensor傳感器節(jié)點以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，通過多跳中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到sink節(jié)點。本文的無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲形式為星形，由一個中心sink節(jié)點和若干sensor傳感器節(jié)點組成。sensor傳感器節(jié)點為同質(zhì)性節(jié)點，具有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)中繼功能，所有sensor傳感器節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸至中心sink節(jié)點。中心sink節(jié)點能量無限且一直處于工作狀態(tài)。只有中心sink節(jié)點有決策休眠功能，即sensor節(jié)點的休眠或工作狀態(tài)由中心sink節(jié)點控制。

圖1 基于多級分區(qū)元胞自動機的多跳WSN

sensor節(jié)點啟動后，以sink節(jié)點為邏輯中心自組織形成多個元胞自動機CA區(qū)域，如圖1所示。CA區(qū)域共包括3種等級節(jié)點。中心sink節(jié)點為零級節(jié)點，sink節(jié)點單跳通信范圍內(nèi)的sensor傳感器節(jié)點為第一級節(jié)點，第一級節(jié)點單跳通信范圍內(nèi)的sensor傳感器節(jié)點為第二級節(jié)點。sensor節(jié)點的通信級別至多兩級。節(jié)點啟動時不具有等級信息，通過CA區(qū)域構(gòu)建過程確定節(jié)點等級，且僅具有唯一一種等級。數(shù)據(jù)傳輸過程中，第二級節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)第一級節(jié)點至sink節(jié)點。

在CA區(qū)域的構(gòu)建完成后，每間隔一段時間，sink節(jié)點根據(jù)鄰居節(jié)點(第一級節(jié)點)的能量狀態(tài)信息，選擇部分能量較低的節(jié)點進入休眠狀態(tài)，鄰居節(jié)點收到休眠通告后轉(zhuǎn)發(fā)給下屬的第二級節(jié)點并進入休眠狀態(tài)。節(jié)點休眠前設(shè)置休眠定時器，當休眠定時器超時時，恢復(fù)工作狀態(tài)。

圖2 協(xié)議棧

該系統(tǒng)需要修改節(jié)點協(xié)議棧，在路由層添加CA處理模塊。CA模塊采用事件驅(qū)動機制，記錄并更新鄰居狀態(tài)集N，實現(xiàn)元胞自動機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則f(?)。協(xié)議棧如圖2所示。在通信過程中，節(jié)點路由層報文將附加CA處理模塊的CA信息，以捎帶的形式隨路由報文傳輸。CA信息包括信息類型、節(jié)點ID號和節(jié)點剩余能量，其中信息類型如下面所述的CA_start、CA_startsecond和CA_response等。收到路由報文的節(jié)點根據(jù)報文中的CA信息更新本地的CA信息表并根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則切換工作與休眠狀態(tài)。

2.1 CA區(qū)域構(gòu)建

CA區(qū)域構(gòu)建過程中的報文交互如圖3所示，構(gòu)建步驟如下所述。

圖3 CA區(qū)域構(gòu)建的報文交互過程

1) sink節(jié)點和sensor節(jié)點開機。sink節(jié)點查詢本地CA表，CA表記錄了鄰居節(jié)點的節(jié)點ID、節(jié)點等級和剩余能量信息。若CA表為空則觸發(fā)CA區(qū)域構(gòu)建過程。

2) sink節(jié)點將CA構(gòu)建信息(報文頭部的信息類型字段為Type_CA_start類型)置于目的地址為廣播的路由報文中發(fā)送(如AODV路由協(xié)議中的request類型和hello類型報文)，發(fā)起CA區(qū)域構(gòu)建。定義該類報文為CA_start。

3) 收到CA_start報文的節(jié)點，將自身節(jié)點的類型定義為第一級節(jié)點。首先構(gòu)建CA_response類型報文(報文頭部的信息類型字段為Type_CA_response)，隨目的地址為源節(jié)點的單播路由報文(如AODV路由協(xié)議中的response類型報文)發(fā)送給源節(jié)點，此處源節(jié)點即步驟2)中所述的sink節(jié)點；然后構(gòu)建CA_startsecond類型報文(報文頭部的信息類型字段為Type_CA_startsecond)，用于第一級節(jié)點發(fā)現(xiàn)并建立與第二級節(jié)點的聯(lián)系。報文構(gòu)建完成后置于目的地址為廣播的路由報文中發(fā)送。

4) sink節(jié)點收到CA_response報文后，記錄該節(jié)點IP、級別和能量等信息于自身CA表中。

5) 無級別的sensor節(jié)點收到CA_startsecond類型報文時，將自身節(jié)點的類型定義為第二級節(jié)點，構(gòu)建報文CA_response，發(fā)送給源節(jié)點。一個已經(jīng)有級別的sensor節(jié)點再收到CA_start或CA_startsecond類型報文時，若自身級別小于構(gòu)建報文級別時(CA_start為第一級報文，CA_startsecond為第二級報文)，將放棄原級別，改為新級別，即某區(qū)域的第二級節(jié)點可以變?yōu)槠渌麉^(qū)域的第一級節(jié)點。

6) 若某節(jié)點處于sink節(jié)點兩跳通信范圍以外則有可能無法成為任何節(jié)點的子節(jié)點，這種類型的節(jié)點被稱為無等級節(jié)點。無等級節(jié)點不能進入休眠狀態(tài)。因此在網(wǎng)絡(luò)部署時應(yīng)盡量保證各CA區(qū)域范圍之和能覆蓋全部節(jié)點。至此，CA區(qū)域構(gòu)建完成。

2.2 轉(zhuǎn)換規(guī)則設(shè)計

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對于待檢測區(qū)域采取冗余配置的方式，使用多個傳感節(jié)點對同一區(qū)域或目標進行檢測，保證數(shù)據(jù)采集可靠性。對同一區(qū)域或目標的檢測通常是重復(fù)性的，因此在保證可靠傳輸?shù)幕A(chǔ)上，使部分冗余節(jié)點進入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量是必要且有效的。

本文定義的轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：除sink節(jié)點外的其他節(jié)點取0/1兩種狀態(tài)，分別代表休眠和工作狀態(tài)。sink節(jié)點根據(jù)當前狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則決策部分子節(jié)點進入休眠狀態(tài)。子節(jié)點進入休眠狀態(tài)前，通告其自身的所有子節(jié)點進入休眠狀態(tài)。節(jié)點進入休眠時設(shè)置休眠定時器，定時器超時時節(jié)點恢復(fù)工作狀態(tài)。

影響sink節(jié)點決策休眠的因素主要體現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點冗余配置情況和節(jié)點的剩余能量兩個方面，可表示為：

式中，N_sleep表示可以休眠的節(jié)點數(shù)：R表示冗余率；N表示網(wǎng)絡(luò)總節(jié)點數(shù)；k為冗余節(jié)點中進入休眠狀態(tài)的節(jié)點比例。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點冗余配置情況將影響休眠決策，由式(5)可見，sink節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)冗余率R計算鄰居節(jié)點中冗余節(jié)點個數(shù)，判定冗余節(jié)點個數(shù)的k%進入休眠狀態(tài)。此外，節(jié)點剩余能量將影響休眠決策。每個第二級sensor節(jié)點定時向第一級sensor節(jié)點匯報能量情況，第一級sensor將自身能量和所有第二級sensor 節(jié)點能量計算平均值后，發(fā)送給sink節(jié)點。sink節(jié)點記錄第一級sensor節(jié)點通告的剩余能量情況。

2.3 休眠與喚醒過程

sink節(jié)點記錄第一級sensor節(jié)點通告的剩余能量情況，根據(jù)冗余率R和式(5)計算可以進入休眠狀態(tài)的節(jié)點個數(shù)。sink選擇剩余能量最少的N_sleep個第一級sensor節(jié)點，對這些節(jié)點發(fā)送休眠通告報文。休眠通告報文隨目的IP地址為廣播的路由報文發(fā)送，具有類型字段值為Type_sleep和節(jié)點ID字段。收到廣播路由報文的節(jié)點根據(jù)類型字段值和節(jié)點ID字段值，識別自身節(jié)點是否為可休眠節(jié)點。若自身節(jié)點為可休眠節(jié)點，則對本節(jié)點的子節(jié)點發(fā)送休眠通告報文。可休眠節(jié)點設(shè)置休眠定時器后進入休眠狀態(tài)，休眠定時器持續(xù)時間t秒后喚醒節(jié)點。休眠狀態(tài)節(jié)點不具有發(fā)送接收功能。當休眠定時器超時時，節(jié)點恢復(fù)工作狀態(tài)。

子節(jié)點收到休眠通告報文后同樣完成上述過程。第二級節(jié)點不能發(fā)送休眠通告報文。無等級節(jié)點不能進入休眠狀態(tài)，因此在網(wǎng)絡(luò)部署時應(yīng)盡量保證各CA區(qū)域范圍之和能覆蓋全部節(jié)點。

本文定義休眠/喚醒周期時長為2倍休眠定時器持續(xù)時間，用以避免節(jié)點頻繁地在工作和休眠狀態(tài)之間切換，從而保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。sink節(jié)點在每個休眠/喚醒周期對子節(jié)點進行一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換決策。

3 仿真及結(jié)果分析

利用NS2仿真軟件對基于元胞自動機模型的無線網(wǎng)絡(luò)進行模擬。仿真中考慮了兩種類型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)：1) 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點為未加入元胞自動機處理過程的普通節(jié)點；2) 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點為加入了元胞自動機的CA節(jié)點。對這兩類無線傳感網(wǎng)絡(luò)的總體能量消耗、能量利用率和傳輸率進行了比較，并且限制節(jié)點能量，仿真兩種模式下剩余節(jié)點數(shù)隨時間變化的情況。

仿真拓撲分別設(shè)置為55×格狀拓撲和77×格狀拓撲，如圖4所示。在55×格狀拓撲中，拓撲中心有1個sink節(jié)點接收傳感數(shù)據(jù)和決策休眠；77×格狀拓撲，在拓撲中有3個sink節(jié)點接收傳感數(shù)據(jù)、劃分CA區(qū)域和決策休眠。拓撲方格中I代表在CA區(qū)域劃分后成為第一級節(jié)點，II代表將成為第二級節(jié)點，none代表將成為無等級節(jié)點。每一個CA區(qū)域以sink節(jié)點為中心，其邊緣節(jié)點可能是第二級節(jié)點也可能是第一級節(jié)點。每一個節(jié)點只存在于一個CA區(qū)域中，不會存在區(qū)域重疊節(jié)點。表1為仿真參數(shù)設(shè)置。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

圖4 仿真拓撲

圖5為55×拓撲和77×拓撲的整體能量消耗。在此過程中節(jié)點能量無限。能量消耗包括傳感節(jié)點發(fā)送、接收和偵聽過程中的能量消耗。節(jié)點從第50 s開始發(fā)送傳感數(shù)據(jù)。采用CA機制后，節(jié)點首先完成CA區(qū)域構(gòu)建，然后sink可以根據(jù)節(jié)點工作狀態(tài)決策部分節(jié)點進入休眠狀態(tài)，因此，降低了整體能量消耗。對55×拓撲和77×拓撲，總能量消耗大致分別減少了10%～30%。

圖5 整體能量消耗圖

圖6比較了兩種網(wǎng)絡(luò)的能量利用率。t時刻的能量利用率為t時刻以前傳輸數(shù)據(jù)報文所消耗的總能量與t時刻以前傳輸所有報文所消耗的總能量之比。由圖6可見，采用CA機制后能量利用率提高了10%～20%。并且節(jié)點數(shù)少時，能量利用率高于節(jié)點數(shù)多時的能量利用率。分析其原因在于，當節(jié)點數(shù)增多時，在路由等方面的開銷更多，CA區(qū)域構(gòu)建過程更復(fù)雜，時間更長，導致能量利用率下降。通過使用CA處理機制，使節(jié)點在合適的情況下休眠，可以降低網(wǎng)絡(luò)沖突，減少空閑偵聽和沖突重傳帶來的開銷，從而提高能量利用率。

圖6 能量利用率

在圖7中，限制每個節(jié)點的能量上限為4 J，在正常工作模式下約可以工作500 s。由于不同節(jié)點的負載不同，負載重的節(jié)點能量消耗快，負載輕的節(jié)點能量消耗相對慢一些，所以不是所有節(jié)點在同一時刻能量耗盡，而是整個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能量逐漸耗盡。由圖7可見，采用CA機制后節(jié)點生存時間明顯變長，節(jié)點能量耗盡速度明顯下降，整個網(wǎng)絡(luò)的生存期得到提高。

圖8展示了兩種拓撲下采用CA機制和未采用CA機制的傳輸率對比。t時刻的傳輸率為t時刻以前PAN節(jié)點收到的數(shù)據(jù)報文個數(shù)與t時刻以前傳感節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)報文個數(shù)之比。傳輸率能夠從整體上準確反映網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性。由圖8可見，網(wǎng)絡(luò)運行初期，采用CA機制與未采用CA機制的傳輸率均在80%以上，能夠保證傳輸可靠性，滿足用戶的可靠性需求。隨著節(jié)點能量的消耗，未采用CA機制的網(wǎng)絡(luò)的傳輸率明顯下降，逐漸下降至80%以下。節(jié)點采用CA機制后，sink節(jié)點協(xié)調(diào)部分節(jié)點進入休眠狀態(tài)，保證了網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性。開啟CA機制后，曲線出現(xiàn)交疊現(xiàn)象的一個原因是節(jié)點在休眠和工作狀態(tài)進行切換，影響了數(shù)據(jù)傳輸路徑和可靠性。某時刻進入休眠狀態(tài)的節(jié)點多，網(wǎng)絡(luò)傳輸率下降; 某時刻進入休眠狀態(tài)的節(jié)點少，網(wǎng)絡(luò)傳輸率上升，從而使曲線在一定范圍內(nèi)浮動。而對于未開啟CA機制的網(wǎng)絡(luò)，隨著路由的建立，整體網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定，從而傳輸率基本穩(wěn)定。

圖7 節(jié)點生存時間

圖8 傳輸率

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于多級分區(qū)元胞自動機的多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)能技術(shù)。通過設(shè)計元胞自動機狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則，中心sink節(jié)點選擇部分剩余能量低的sensor節(jié)點進入休眠狀態(tài)，從而使得節(jié)點能夠通過元胞自動機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則，在休眠和工作狀態(tài)間進行切換。剩余能量等信息隨路由報文傳輸，無需增加額外的開銷。本文的休眠決策機制通過合理使用元胞自動機處理機制，在網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議中添加CA處理模塊，在保證網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的基礎(chǔ)上，減少了節(jié)點能量消耗。仿真驗證了使用CA處理機制在網(wǎng)絡(luò)傳輸率沒有大幅下降的前提下，在減少能量消耗、延長網(wǎng)絡(luò)生存期和提高能量利用率上的良好效果。在后續(xù)研究中，將進一步對基于元胞自動機的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)能問題展開更深入研究。針對具有自組織特性的無線傳感網(wǎng)絡(luò)時空演化規(guī)律，研究如何在盡量減少系統(tǒng)能量消耗的前提下，保證無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲的連通性和覆蓋性。

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編輯張 俊

CA-Based Energy-Efficient Routing Protocol for WSN

YU Qin, WANG Wei-dong, LENG Su-peng, and MAO Yu-ming
(Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications of the Ministry of Education, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 611731)

In this paper a cellular automata (CA) -based energy efficient routing protocol for wireless sensor network (WSN) is proposed to reduce the energy consumption of the wireless sensor nodes in the WSN. The wireless sensor nodes are self-organized to a multi-level CA area around the sink node. According to the CA message the sink node determines the state change of other wireless sensor nodes to realize the energy conservation. Simulation results demonstrate that the proposed routing protocol can reduce the network energy consumption, improve the energy utilization rate, and prolong the network life span.

CA; energy efficient; routing protocol; wireless sensor network

TP919

A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2015.04.007

2013 ? 08 ? 06；

2015 ? 02 ? 04

國家自然科學基金(61104042)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金(ZYGX2011J005)；成都市科技惠民項目(2014-HM01-00310-S'F)

于秦(1974 ? )，女，博士，副教授，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)、移動通信和信息安全方面的研究.