無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(編輯修改稿)
2025-06-10 12:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 先級。每個樹以落在匯聚點(diǎn)有效傳輸半徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為根向外生長，枝干的選擇需滿足一定的QoS要求并要有一定的能量儲備。節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)每條路徑的能源、附加的QoS度量和包的優(yōu)先級選擇某棵樹將信息返回給匯聚點(diǎn)。仿真結(jié)果顯示，與只考慮路徑能量消耗的最小能量度量協(xié)議相比，SAR能量消耗更少，但缺點(diǎn)是不適合于大型和拓?fù)漕l繁變化的網(wǎng)絡(luò)。二、網(wǎng)絡(luò)分層路由協(xié)議分層路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)通常被劃分為簇，每個簇由一個簇首和多個簇成員組成，多個簇首形成高一級的網(wǎng)絡(luò)，在高一級網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高級的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級（如圖6所示）。在分層結(jié)構(gòu)中，簇首節(jié)點(diǎn)不僅負(fù)責(zé)所管轄簇內(nèi)信息的收集和融合處理，還負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。分層路由協(xié)議中每個簇的形成通常是基于傳感器節(jié)點(diǎn)的保留能量和與簇首的接近程度，同時為了延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期，簇首節(jié)點(diǎn)的選擇需要周期更新。分層路由的優(yōu)點(diǎn)是適合大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可擴(kuò)展性較好。缺點(diǎn)是簇首節(jié)點(diǎn)的可靠性和穩(wěn)定性對全網(wǎng)性能影響較大，信息的采集和處理也會大量地消耗簇首的能量。一些典型的分層路由協(xié)議有LEACH、PEGASIS、TEEN、APTEEN和具有能量意識的傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由。圖6 網(wǎng)絡(luò)分層的路由機(jī)制：LEACH的基本思想是以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇首節(jié)點(diǎn)，將整個網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個傳感器節(jié)點(diǎn)中，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗、提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時間的目的。仿真表明，與一般平面多跳路由和靜態(tài)分層算法相比，LEACH可以將網(wǎng)絡(luò)的生命周期延長15%。LEACH在運(yùn)行過程中不斷地循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過程。每個簇重構(gòu)過程可以用“會合（round）”的概念來描述。每個回合可以分成兩個階段：簇的建立階段和傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。其中，簇的建立過程又可分為四個階段：簇首節(jié)點(diǎn)的選擇、簇首節(jié)點(diǎn)的廣播、簇的建立和調(diào)度機(jī)制的生成。簇首節(jié)點(diǎn)的選擇：依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的簇首節(jié)點(diǎn)總數(shù)和迄今為止每個節(jié)點(diǎn)已成為簇首的次數(shù)決定，具體方法如下：每個傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇0~1之間的一個值，如果選定的值小于某一個闔值T(n)，那么這個節(jié)點(diǎn)成為簇首節(jié)點(diǎn)。其中，T(n)值計(jì)算如下：N為網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù)；k為一個回合網(wǎng)絡(luò)中簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)；r為已完成回合數(shù)。簇首節(jié)點(diǎn)的廣播：選定簇首節(jié)點(diǎn)后，通過廣播告知整個網(wǎng)絡(luò)。簇的建立：網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受信息的信號強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相應(yīng)的簇首節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立。調(diào)度機(jī)制的形成：最后，簇首節(jié)采用TDMA（時分多址）方法為簇中每個節(jié)點(diǎn)分配向其傳送數(shù)據(jù)的時間片。在穩(wěn)定階段中，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇首節(jié)點(diǎn)。簇首節(jié)點(diǎn)對簇中所有節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后再傳送給匯聚點(diǎn)，這是一種減小通信業(yè)務(wù)量的合理工作模式。穩(wěn)定階段持續(xù)一段時間后，網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入簇的建立階段，進(jìn)行下一回合的簇重構(gòu)，不斷循環(huán)。但該協(xié)議還存在以下三個值得探討的問題：并不是每個節(jié)點(diǎn)都能夠直接與匯聚點(diǎn)直接通信，因此該協(xié)議不適合在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。協(xié)議沒有說明簇首節(jié)點(diǎn)的數(shù)目怎樣分布才能遍及整個網(wǎng)絡(luò)。有可能某個簇首節(jié)點(diǎn)集中于網(wǎng)絡(luò)某一個區(qū)域，而其他區(qū)域節(jié)點(diǎn)周圍沒有任何簇首。該協(xié)議未能考慮到節(jié)點(diǎn)能量不均衡的網(wǎng)絡(luò)。PEGASIS的基本思想是為了延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，節(jié)點(diǎn)只需要和它們最近的鄰居之間進(jìn)行通信。節(jié)點(diǎn)與匯聚點(diǎn)之間的通信過程是輪流進(jìn)行的，只有當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)都與匯聚點(diǎn)通信后，節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行新一回合的輪流通信。由于這種輪流通信機(jī)制使得能量消耗統(tǒng)一分布到每個節(jié)點(diǎn)上，因此降低了整個傳輸所需消耗的能量。PEGASIS協(xié)議在傳感器節(jié)點(diǎn)中采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。運(yùn)行PEGASIS協(xié)議時每個節(jié)點(diǎn)首先利用信號的強(qiáng)度來衡量其所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近，在確定最近鄰居的同時調(diào)整發(fā)送信號強(qiáng)弱確保只有鄰居節(jié)點(diǎn)聽的到。其次，鏈中只選擇一個節(jié)點(diǎn)作為鏈?zhǔn)紫騾R聚點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)以點(diǎn)到點(diǎn)的方式傳送、融合，并最終被送到匯聚點(diǎn)。該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于：減少了LEACH在簇重構(gòu)過程中所產(chǎn)生的開銷，并且通過數(shù)據(jù)融合降低了收發(fā)過程的次數(shù)，從而降低了能量的消耗。圖7 PEGASIS的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分層PEGASIS協(xié)議是對
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