分享基于权值的无线传感器网络分簇算法

2013-10-23 11:25 来源:电子信息网 作者:洛小辰

无线传感器网络1

高能量耗散问题一直是让经验较少的工程师比较头疼的,目前可以有效解决这一问题的唯一方法就是LEACH,也就是一种最基本的分簇路由算法。所谓最基本路由算法其实就是每个节点根据一定的概率周期性地轮换做簇头,成为簇头的节点用相同的发射功率给网络中的所有节点广播消息,非簇头节点选择加入收到信号最强的那个簇头的簇并用CSMAMAC协议发消息给簇头,通知其成为它的成员。之后,簇头根据簇中节点数目创建TDMA[8]时间表告诉每个节点发送数据的时隙,以避免碰撞的发生。另外,簇头还要通知簇成员使用哪种CDMA编码,簇头也使用这种编码过滤收到的数据,这样邻居簇的信号就会被当为噪声过滤掉,因此不会影响簇内通信。节点只在分配给它们的时隙内发送数据,其它时间关闭其无线发射机以节约能量,到此,簇就形成了。在数据发送阶段,簇头将成员节点传给它的数据进行融合后直接传给BS。在LEACH中,成员节点在分配的TDMA时隙内总有数据传给簇头,为了节约能量,节点也许只需在它检测到有兴趣的数据时才传送数据;另外,算法周期性地分簇会消耗节点很多能量。因此,我们需要在以后的路由算法中在这些方面对它进行改善。

近些年,一种主要研究簇头选举方法的创新型分簇路由算法逐渐兴起,该算法是每个节点根据自己的剩余能量、邻居数目、与所有邻居的平均距离、与基站的距离、以及能量消耗速度来计算出自己的权值:

权值的分簇算法

其中Ev为节点v的剩余能量,Nv为节点v的邻居数目,即在节点v发射范围内的节点数目之和,δ为簇头能够处理的理想的节点数,Dnv与Dbv分别为节点v与邻居节点的距离之和,与基站的距离,R为簇覆盖范围的直径,Numv为节点v做过簇头的次数,Tv为节点v在现在的能量消耗速度下,直到能量水平达到最小可接受的阈值时的期望时间:

权值的分簇算法1

W1—W6为权值因子,根据系统需要选择,它们之和为1。在邻居节点中具有最小权值的节点做为簇头,其它的过程,诸如数据传输过程都与LEACH中的一样。

系统主要操作步骤:首先根据以上的方法选取簇头形成簇;第二、簇头为每个簇成员分配TDMA时间表;三、节点在分配的时隙内发送数据给簇头;四、簇头将收到的数据进行融合后通过单跳或多跳的形式传给基站;最后当簇头的剩余能量小于等于本轮开始时能量的某个百分比时,重新分簇。

其实基于权值的分簇路由算法考虑了形成簇头的多种因素,如簇内通信代价、簇间通信代价、节点自身的能量状况,而LEACH算法只根据节点做过簇头的次数来决定簇头的选举,因此它选出的簇头更合理,产生的簇也更佳。



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