無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議研究

摘 要：隨著新時(shí)代的到來(lái)，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，信息化逐漸成為了時(shí)代的主題，科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為科學(xué)技術(shù)的代表，逐漸融入了我們的生活中，各行各業(yè)幾乎都有不同程度的對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大范圍應(yīng)用，也讓我們逐漸關(guān)注起路由協(xié)議，因?yàn)槁酚蓞f(xié)議在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用。在信息化飛速發(fā)展的今天，如何使低能耗路由協(xié)議與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相融合，如何使低能耗路由協(xié)議更好地為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在新時(shí)代的今天，這值得我們?nèi)ニ伎己陀懻摗?/p>

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；低能耗；路由協(xié)議

在信息化主導(dǎo)的時(shí)代，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榇蠓秶膽?yīng)用使其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量急劇增加，太多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使得在眾多信息傳播過(guò)程中，大量的通信資源給無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大能量消耗，所以，低能耗路由協(xié)議逐漸得到了我們的重視。低能耗路由協(xié)議想要與大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)想適應(yīng)，需要分散其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如何分散網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，一般都采用拓?fù)淇刂品?，其中比較常用的是分簇路由算法。因?yàn)榉执芈酚蓞f(xié)議能夠有效分散網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，讓過(guò)大的信息資源不帶動(dòng)過(guò)多能量消耗。究竟如何將這種方法應(yīng)用在大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，如何讓大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳送大量信息資源時(shí)不消耗過(guò)大能量，使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與低能耗路由協(xié)議相適應(yīng)。我們應(yīng)該想到適合的解決措施。

1 具有代表性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

1.1 低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議

所謂低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議，其優(yōu)點(diǎn)就是能耗低，適應(yīng)能力強(qiáng)，在這種無(wú)線傳感器進(jìn)行工作時(shí)，進(jìn)行分簇時(shí)可以進(jìn)行有效的自我組織和自我適應(yīng)，在選擇機(jī)制時(shí)也可以隨機(jī)進(jìn)行選擇，不必拘泥于固定的模式。最為關(guān)鍵的，在這個(gè)耗能大的時(shí)代，低能耗的自適應(yīng)分簇型協(xié)議顯得尤為重要。低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議一般在無(wú)線傳感器工作時(shí)分為四到五個(gè)簇，這些簇在進(jìn)行工作時(shí)采用的是LEACH協(xié)議，LEACH協(xié)議可以對(duì)這四到五個(gè)簇點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)選擇，每個(gè)傳感器都能保證至少分到一個(gè)簇點(diǎn)，這使得每個(gè)傳感器的節(jié)點(diǎn)能有效平均的分配整個(gè)工作網(wǎng)絡(luò)的能量，使得分簇型協(xié)議在工作時(shí)盡量降低其能量消耗。低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議第二個(gè)典型特點(diǎn)就是自適應(yīng)性，低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議在運(yùn)作時(shí)一般是循環(huán)工作的，有周期性的，在工作的每個(gè)周期中，又分為很多的次數(shù)，每次工作都重新對(duì)分簇節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)性選擇，選擇適應(yīng)性強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)，在每輪的簇首選擇中簇的建立和穩(wěn)定傳輸階段是比較重要的組合部分。值得我們?nèi)ソo予重視。當(dāng)然，這種低能耗自適應(yīng)性分簇協(xié)議也存在著這樣那樣的問(wèn)題，這些不足有待我們?nèi)ソ鉀Q。首先比較大的不足就是雖然選擇節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)的，且選擇適應(yīng)性強(qiáng)的，能有效分散能量，使能量消耗有所降低，但是，畢竟分簇行為是分為很多周期的，每個(gè)周期還分為很多次數(shù)，反復(fù)多次對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新建簇還是會(huì)帶來(lái)更多的能量消耗，有些得不償失。再者就是距離影響了能量的消耗。在低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議中，雖然對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有進(jìn)行分簇，有效分散了能量，但是簇首節(jié)點(diǎn)和非簇首的節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有在一起，這些節(jié)點(diǎn)的距離各不相同，有的離得過(guò)遠(yuǎn)，在通信進(jìn)行過(guò)程中還是會(huì)因?yàn)榫嚯x的問(wèn)題消耗一部分能量。

1.2 低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議

低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議其特點(diǎn)也無(wú)外乎耗能低，且分簇結(jié)構(gòu)采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。低能耗的特點(diǎn)與低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議無(wú)異，也是通過(guò)分散簇點(diǎn)，有效分散消耗的能量。這里的也是一樣的。對(duì)于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，能夠很好的解決掉低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議的由距離因素導(dǎo)致的能量消耗問(wèn)題。采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)后，無(wú)論節(jié)點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近，在工作時(shí)都能將這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鏈?zhǔn)竭B接，并且還能夠根據(jù)節(jié)點(diǎn)信號(hào)儀發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度大小來(lái)辨別節(jié)點(diǎn)之間的距離遠(yuǎn)近，盡量將離得較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)裝得近一點(diǎn)，更利于信號(hào)的接收。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)連接的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以以簇首的身份進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸更高效。同LEACH協(xié)議一樣，低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)簇型協(xié)議也有這樣那樣的問(wèn)題。首先是低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議是建立在理想化的基礎(chǔ)之上，節(jié)點(diǎn)之間距離過(guò)遠(yuǎn)的問(wèn)題還是沒(méi)有得到實(shí)際解決，離得過(guò)遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)在傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)時(shí)只能采用多跳的方式，信號(hào)的傳輸必然不會(huì)穩(wěn)定。其次，低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配的能量安排不夠合理，也普遍是理想化的想法，認(rèn)為每個(gè)簇點(diǎn)分配的能量大小一致，實(shí)際上有的節(jié)點(diǎn)分配的能量是遠(yuǎn)不夠的，如果能量不足，這些簇點(diǎn)會(huì)慢慢脫離網(wǎng)絡(luò)控制甚至于消失在網(wǎng)絡(luò)中。這些不足都有待解決。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的仿真模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 設(shè)置模擬仿真環(huán)境

想要研究無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的工作情況，必須對(duì)它進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，多次比較，找出問(wèn)題所在。仿真模擬實(shí)驗(yàn)的第一步就是設(shè)置這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要的仿真模擬環(huán)境，在好的仿真模擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能有效測(cè)試出低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議和低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議的有效性。我們?cè)O(shè)置的仿真模擬環(huán)境可以是一個(gè)長(zhǎng)寬合為100米的正方形區(qū)域，在這個(gè)正方形區(qū)域隨機(jī)地進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇，設(shè)置99個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將這些節(jié)點(diǎn)的分布情況記錄在坐標(biāo)軸上，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，在日后的實(shí)驗(yàn)中可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行總結(jié)概括，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)也可以成為低能耗路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，這就是需要設(shè)置的仿真模擬環(huán)境。

2.2 設(shè)置模擬仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)

想要研究無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的工作情況，相比較設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境而言雖然設(shè)置仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)沒(méi)有其重要，但是我們還是要給予足夠的重視。設(shè)置模擬仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)的第一步是在建立仿真模擬環(huán)境的前提下，建立工作腳本，工作腳本的大概模式類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)域名，利用建立模擬環(huán)境時(shí)設(shè)置的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)合建立的工作腳本，設(shè)立符合實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，進(jìn)而從參數(shù)中比對(duì)，分析出實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題原因。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

想要研究無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的工作情況，在設(shè)立完有效的模擬仿真環(huán)境和模擬仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)以后，還要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)和分析，在仿真環(huán)境中設(shè)置的99個(gè)節(jié)點(diǎn)中，找出簇首節(jié)點(diǎn)，一般是（59，99）和（0，0），將簇首節(jié)點(diǎn)與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離利用距離公式計(jì)算出來(lái)。將這些結(jié)果分析總結(jié)，形成一個(gè)合理的仿真計(jì)算式，通過(guò)這些計(jì)算式可以大概估計(jì)出來(lái)網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)簇首的值是在二到五點(diǎn)五之間，在比對(duì)數(shù)據(jù)之后，得出簇首的數(shù)目，將簇首數(shù)目和每個(gè)節(jié)點(diǎn)所分散的能量大小關(guān)系做成一個(gè)新的坐標(biāo)。在這個(gè)新的坐標(biāo)中可以比對(duì)出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分散的能量，可以看出低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議和低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議哪個(gè)更適應(yīng)無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的日常運(yùn)行，分析對(duì)比來(lái)看，在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前180輪時(shí)，低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議能耗高于低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議。后180輪中，后者耗用的能量高于前者。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮葘?duì)出能量消耗情況。一般網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，簇間使用近距離通信，能量消耗相對(duì)較為穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

想要研究無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議的工作情況，要積極對(duì)低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議和低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議進(jìn)行分析，總結(jié)出這兩種協(xié)議的益處和弊處。對(duì)兩種協(xié)議的不足要找出解決辦法，解決能量消耗的問(wèn)題。以此為目的，要進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，建立仿真模擬環(huán)境，設(shè)置仿真模擬參數(shù)，實(shí)驗(yàn)后，還要積極對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)比對(duì)，對(duì)低能耗自適應(yīng)分簇型協(xié)議和低能耗鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分簇型協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，使整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)更低能耗，適應(yīng)性更強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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