亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一種基于多跳與按數(shù)據(jù)量-距離分發(fā)的LEACH協(xié)議優(yōu)化

        2018-11-21 06:33:08陳佳品林鳳德
        電光與控制 2018年11期
        關(guān)鍵詞:雷場能量消耗基站

        潘 華, 陳佳品, 丁 凱, 林鳳德

        (1.上海交通大學微納電子學系,上海 200240; 2.近地面感知與探測重點實驗室,江蘇 無錫 214000)

        0 引言

        無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)[1]是由多個節(jié)點組成的自組織網(wǎng)絡(luò)。在軍事、航天等領(lǐng)域有極為廣泛的應(yīng)用,本文的背景是基于一個智能雷場項目的雷場節(jié)點壽命研究。智能雷場是通過對一片雷場區(qū)域內(nèi)的地雷上安裝傳感器節(jié)點,達到實時收集戰(zhàn)場態(tài)勢信息以及使地雷之間能夠相互通信,最終能夠產(chǎn)生一種選擇性智能爆炸的效果。而雷場節(jié)點指的就是安裝了具有無線通信功能的傳感器節(jié)點的地雷。由于在軍事領(lǐng)域,傳感器節(jié)點一般都是一次性部署而不進行維護,其壽命通常由電池能量決定,然而,WSN自身的特點決定了一旦某個節(jié)點由于能量耗盡而死亡,將會導致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化,甚至可能導致通信中斷等不可靠行為發(fā)生。如何最大限度地降低雷場節(jié)點的能量消耗,對延長整個雷場網(wǎng)絡(luò)的壽命至關(guān)重要。在這種情況下,國外研究者提出了低能量自適應(yīng)聚類路由(LEACH)協(xié)議[2-3]——一種最早的分簇路由協(xié)議。本文在深入理解LEACH協(xié)議的基礎(chǔ)上,結(jié)合以上幾點因素,對LEACH協(xié)議進行改進,目的是得到一種更加節(jié)能的路由協(xié)議。

        1 LEACH協(xié)議描述

        LEACH協(xié)議定義了“輪”的概念[4],協(xié)議以輪為周期執(zhí)行,每一輪的過程包括分簇和穩(wěn)定兩個階段。在分簇階段,WSN各個節(jié)點隨機生成一個0~1之間的數(shù)字,然后將該數(shù)字與一個設(shè)定的閾值公式得出的值進行比較,若該隨機數(shù)小于閾值,并且該節(jié)點在前1/p(p為當前輪中節(jié)點成為簇頭的比例)輪內(nèi)未當選為簇頭節(jié)點,則該節(jié)點被選為本輪的簇頭節(jié)點。其中,閾值的算式為[5]

        (1)

        式中:p為成為簇頭的期望百分比;r為當前輪數(shù);mod為取模符號;G為在最后1/p輪中還未成為簇頭的節(jié)點集合。

        當簇頭選取完畢后,簇頭向周圍節(jié)點廣播自身的簇頭狀態(tài)、ID等信息,節(jié)點根據(jù)接收到的消息強度決定加入哪個簇,并告知相應(yīng)的簇頭,完成簇頭的建立過程。然后,簇頭節(jié)點采用TDMA的方式[6],為簇內(nèi)成員分配傳送數(shù)據(jù)的時隙。

        在穩(wěn)定階段,傳感器節(jié)點價格采集的數(shù)據(jù)傳送到簇頭節(jié)點。簇頭節(jié)點對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合后再將信息以單跳方式傳送到匯聚節(jié)點,按照不同的CDMA代碼直接發(fā)送給基站。

        但是,LEACH協(xié)議存在以下問題[7]:

        1) LEACH協(xié)議算法中,簇頭的選取是隨機的,而沒有考慮到節(jié)點當前的能量,有可能剩余能量很小的節(jié)點仍然被選為簇頭,導致該節(jié)點過早死亡,引發(fā)再組網(wǎng)等一系列問題,降低網(wǎng)絡(luò)生存周期;

        2) 簇頭與基站之間直接單跳通信,當距離較遠時,能量消耗成指數(shù)增長,造成簇頭節(jié)點過早死亡,進而降低網(wǎng)絡(luò)生命周期;

        3) 簇頭的選取無法保證節(jié)點在空間上均勻分布,在某些可能的情況下,形成的簇頭節(jié)點可能聚集在某一個小范圍內(nèi),導致某些節(jié)點無法加入任何簇。

        2 改進后的LEACH協(xié)議

        改進后的LEACH協(xié)議(IMP-LEACH)與LEACH算法有如下相同的網(wǎng)絡(luò)模型[8]。

        1) 傳感器節(jié)點隨機分布在某一片方形區(qū)域,基站唯一;

        2) 部署之后所有節(jié)點(包括基站)的位置不變;

        3) 各個傳感器節(jié)點的初始能量相同,且已知節(jié)點任何時刻的剩余能量,基站能量不受限。

        在上面的模型中,文獻[9]給出了幾個定義:鄰居節(jié)點、前鄰節(jié)點、前簇頭節(jié)點。

        針對LEACH協(xié)議的諸多缺點,本文根據(jù)協(xié)議的幾個過程,對每一個過程提出以下改進,整體算法步驟如下所述。

        1) 在判斷是否為簇頭的過程中,加入節(jié)點當前能量這個考量因素,提出

        (2)

        式中:Eicurrent為節(jié)點i當前能量;Eavg為系統(tǒng)節(jié)點當前平均能量;α定義為能量距離因子,取值為2或4,取決于節(jié)點間距離d。

        2) 在簇頭選取的過程中,不同簇頭節(jié)點能量的不同會導致其通信距離的不同,同時,不同能量的簇頭節(jié)點,其所能容納的節(jié)點數(shù)也不同,在節(jié)點選擇加入簇頭的過程中,綜合考慮以上兩點,給出如下定義。

        對于一個特定的節(jié)點i,其所能加入的簇頭節(jié)點集合CH需滿足以下兩個條件。

        條件1滿足

        N(CH)={CHCH∈V,d(i,CH)

        (3)

        式中,d(i,CH)

        條件2在滿足條件1的情況下,進行如下運算

        (4)

        式中:{CHiCHi∈CH};Emin為使節(jié)點存活所需要的最小能量;ECHi為簇頭節(jié)點i當前剩余能量;n為當前加入簇頭節(jié)點i的節(jié)點個數(shù);E(i,n)為當有n個節(jié)點加入簇頭節(jié)點i時,每個節(jié)點所能分配的能量。通過計算可以得到一系列的E(i,n)值,則當E(i,n)取最大值時節(jié)點選擇加入,至此,節(jié)點i的簇頭選取過程結(jié)束。

        3) 在數(shù)據(jù)傳輸階段,有如下能量消耗模型[10]:傳感器節(jié)點能耗模型主要包括:感知消費、通信消費和數(shù)據(jù)處理消費,其中,通信能耗占主要部分,也是研究的對象。根據(jù)已知文獻資料,簇頭節(jié)點i發(fā)送l比特數(shù)據(jù)到距離d處的基站所需要消耗的能量為[11]

        ETx(l,d)=l·Eelec+l·εamp·dα

        (5)

        式中:Eelec為發(fā)射和接收電路的單位能量消耗;εamp為傳輸放大電路的能量消耗;α為多路徑損失指數(shù),當傳輸距離小于某一個閾值時,使用自由空間模型的功率放大損耗,α取值為2;當傳輸距離大于或等于閾值時,其值為4,使用多徑衰減模型進行功率放大損耗。

        顯然,當傳輸距離大于某一個閾值時,會導致能量消耗成指數(shù)增長,因此,本文在數(shù)據(jù)傳輸階段的突破點即為此,參考文獻[9],并在其基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化了數(shù)據(jù)分發(fā)規(guī)則,其基本思想是:利用簇頭節(jié)點的鄰接信息表,選擇一個CH作為另一個CH的中繼節(jié)點來傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)上面的能量公式,很容易證明采用轉(zhuǎn)發(fā)中繼模型能夠取得更優(yōu)的能量耗散效果,如文獻[9]所采用的模型,基本思想為找到簇頭CH0的前鄰簇頭節(jié)點,將數(shù)據(jù)按照下式進行轉(zhuǎn)發(fā)

        (6)

        在此,本文認為:距離簇頭節(jié)點越遠的節(jié)點承擔越少的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)是一種更加優(yōu)化的選擇。證明如下:首先,通過基站存儲的節(jié)點位置信息,對d1,d2,…,di,…,dm進行排序,并假設(shè)距離由小到大排序結(jié)果為:d1,d2,…,di,…,dm,在此條件下,提出改進后的數(shù)據(jù)分發(fā)公式為

        (7)

        容易證明m的取值不會影響最終的結(jié)果,為簡化證明,僅以m=3來代表證明,過程如下。

        當m=3時

        (8)

        (9)

        兩式相減,即

        (10)

        總結(jié)整個算法過程的要點有:

        1) 考慮節(jié)點能量和距離因素,重新定義閾值公式;

        2) 通過新閾值公式初步查找符合條件的簇頭節(jié)點;

        3) 簇頭節(jié)點和普通節(jié)點之間雙向選擇過程,綜合考慮節(jié)點通信范圍和簇頭節(jié)點當前能量;

        4) 根據(jù)新的數(shù)據(jù)分發(fā)思想進行多跳數(shù)據(jù)傳輸。

        3 仿真與分析

        實驗采用Matlab模擬運行改進后的算法,同時將仿真結(jié)果與經(jīng)典LEACH算法進行比較。實驗中用到的參數(shù)如表1所示。

        表1 模型相關(guān)初始參數(shù)

        存活節(jié)點個數(shù)比較與死亡節(jié)點比例比較分別如圖1、圖2所示。

        圖1 存活節(jié)點個數(shù)與循環(huán)次數(shù)關(guān)系Fig.1 Number of alive node vs number of cycles

        圖2 死亡節(jié)點比例與循環(huán)次數(shù)關(guān)系圖Fig.2 Proportion of dead nodes vs number of cycles

        從仿真結(jié)果可以得知,改進后的LEACH協(xié)議(IMP-LEACH)在相同循環(huán)次數(shù)下存活節(jié)點個數(shù)明顯比改進之前的多,并且從橫軸可以得知,原LEACH協(xié)議在大約1239次循環(huán)之后就再無存活節(jié)點了,而改進后這一數(shù)值提高到了1768,說明改進后的協(xié)議能極大地延緩節(jié)點死亡時間;通過仿真結(jié)果導出的數(shù)據(jù)所制作的節(jié)點死亡比例與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系圖同樣可以看出,改進后的協(xié)議在延長節(jié)點壽命方面有重大提升,尤其是進入傳感器網(wǎng)絡(luò)運行后期階段,這種差異更加明顯。

        4 總結(jié)

        本文在已有的相關(guān)LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上做了深入改進,在簇頭選取的過程中增加考慮簇頭節(jié)點當前能量及其簇內(nèi)節(jié)點個數(shù),綜合考慮簇頭與節(jié)點之間的選擇,在數(shù)據(jù)傳輸階段,采用新的多跳數(shù)據(jù)傳輸方式,并從數(shù)學角度證明了新的數(shù)據(jù)傳輸方式更加節(jié)能。最后,通過對協(xié)議算法的仿真研究,得出了與預期一致的實驗觀點,證明了改進后的協(xié)議在延長WSN網(wǎng)絡(luò)壽命方面確實有重大提升。

        猜你喜歡
        雷場能量消耗基站
        太極拳連續(xù)“云手”運動強度及其能量消耗探究
        中年女性間歇習練太極拳的強度、能量消耗與間歇恢復探究分析
        沒別的可吃
        作文中學版(2020年1期)2020-11-25 03:46:21
        歲月靜好,因為有人負重前行
        當代貴州(2019年2期)2019-06-06 08:37:20
        可惡的“偽基站”
        探索科學(2017年4期)2017-05-04 04:09:47
        基于GSM基站ID的高速公路路徑識別系統(tǒng)
        小基站助力“提速降費”
        移動通信(2015年17期)2015-08-24 08:13:10
        基站輻射之爭亟待科學家發(fā)聲
        鋁誘導大豆根系有機酸分泌的能量消耗定量研究
        基于智能代理的雷場自修復策略
        亚洲午夜无码视频在线播放 | 久久久久久亚洲av成人无码国产| 越南女子杂交内射bbwbbw| 国产在线视欧美亚综合| 精品中文字幕久久久人妻| 蜜桃视频插满18在线观看| 看全色黄大色大片免费久久| 无码人妻AⅤ一区 二区 三区| 国产三级三级精品久久| 精品亚洲一区二区三区四| 亚洲精品第一国产综合亚av| 狠狠躁夜夜躁AV网站中文字幕| 亚洲国内精品一区二区在线| 少妇人妻综合久久中文字幕| 国产美女自慰在线观看| 亚洲成a∨人片在线观看无码 | 老岳肥屁熟女四五十路| 射精区-区区三区| 老妇肥熟凸凹丰满刺激| 涩涩国产在线不卡无码| 久久精品中文字幕有码| 狼人青草久久网伊人| 亚洲无码一二专区| 日本大片在线一区二区三区| 日韩免费视频| 亚洲av无码日韩精品影片| 尤物AV无码色AV无码麻豆| 五月婷婷开心六月激情| 亚洲av无码一区二区三区乱子伦| 伊人精品在线观看| 中文字幕一区二区人妻在线不卡| 天堂资源中文网| 亚洲精品中文字幕无码蜜桃| 狠狠色丁香婷婷久久综合2021| 精品日本一区二区三区| 377p日本欧洲亚洲大胆张筱雨| 中文字幕经典一区| 天堂av国产一区二区熟女人妻| 色综合久久中文娱乐网| 欧美末成年videos在线观看| 中文字幕精品乱码一二三区|