无线传感器网络HEED协议中节点数量、网络面积和基站位置的影响分析

Sheena Kohli, Rupal Satija

印度拉克斯曼加尔莫迪科技大学信息技术系助理教授
世界科技学院计算机系助理教授管理，古尔冈，印度

摘要

本文详细研究了一种著名的节能路由协议Hybrid能源高效分布式(HEED)[6]，在无线领域传感器网络．该协议基于集群的概念。首先，介绍了HEED协议的主要技术。进一步，我们观察和分析了网络中传感器节点数量、网络面积、接收器或基站位置等参数的变化对网络的影响。在此基础上，绘制了网络寿命和网络中簇头数量的影响图。

关键字

暂定簇头，最终簇头，通信成本，网络生命周期。

介绍

无线传感器网络由许多称为传感器的小型设备组成，这些设备能够检测环境事件，处理它们，并将数据发送到主位置。传感器分布在特定的地理区域。传感器也称为节点，数据被发送到的主要位置称为接收器或基站(BS)。每个这样的传感器网络节点通常有几个部分:一个无线电收发器，用于传输和接收数据，一个微控制器，用于数据处理，以及一个能源，通常是电池。电池使得这些节点在能源效率方面至关重要。由于电池寿命有限;传感器网络的主要问题是节能。[1]

关于注意

混合节能分布式聚类(HEED)协议以迭代的方式工作。在一开始，根据剩余能量选择一些簇头。节点的剩余能量是指节点在某一特定时刻所拥有的剩余能量。剩余能量是第一个参数。剩余能量最大的节点作为CHs。这些CHs被称为暂定CHs。要选择的节点数量受到簇首概率的限制，簇首概率是在迭代开始之前决定的，取决于网络中的节点总数。现在，每个CH都会广播它在其集群范围内的存在。一个特定的节点可能从多个CH获得消息，从而将其加入到组或集群中。这里使用了第二个参数，称为通信成本。 This cost is used to break the ties between cluster heads. On the basis of this parameter, a node can decide which CH it should join, if it has more than one option. The communication cost may be computed or referred on the basis of different criteria. Here the cost taken is associated with the node degree. The node degree of a node is the number of nodes attached to a particular node. The lesser the number, lesser is the node degree. So, if a node has to select among two or more tentative CHs, is goes to the node with lesser node degree. [6,7] This leads to formation of final cluster heads in the network. After this, the communication takes place.

网络与能耗模型

上述路由协议仿真所遵循的网络和能量模型如下图2所示。[8,9]每个节点上的发射器部分用于进一步发送数据，并将ETX消耗为传输能量以及一些放大能量。簇头压缩数据并将其转发到目标节点或基站，这也涉及到聚合能量。同样，在接收端，ERX作为接收能量，用于接收数据。

绩效评估

所有的仿真都是用MATLAB实现的。仿真参数如表1所示。注意了HEED协议随节点数、网络面积和基站位置变化的性能。

A.仿真参数

实现HEED协议所使用的仿真工具是MATLAB，即Matrix Laboratory.[10]协议中采用的各种参数如下表所示。

B.仿真结果

在不同参数的基础上进行了仿真。采用的三个主要参数是网络面积、基站位置、节点数。我们通过分析网络中第一个节点死亡的整数和直到最后一轮死亡的节点总数，研究了改变这些参数对网络寿命的影响。此外，还注意到在特定的模拟运行中网络中形成的暂定簇头的最大数量。

1)改变网络区域

我们将网络区域更改为100x100和200x200，保持节点数量为100，并将BS置于网络区域的中心。

在100x100的网络区域中，由于节点之间的距离小于在200x200的网络区域中分布的节点的距离，因此第一个节点死亡的时间较晚。

类似地，在网络为200x200的情况下，模拟结束时死亡的节点总数更多。但是，在两种情况下，尝试簇首的最大数目几乎相同，因为它不受网络面积变化的影响。

2)改变网络中的节点数量

部署在网络区域的节点数目由50个至250个不等，方法是将基站保持在中心i.e.BS(100,100)，而网络区域为200x200。

网络区域部署的节点数量分别为50、100、150、200、250。

观察结果表明，在所有情况下，第一个节点死亡时的整数几乎相同，但在模拟完成后，死亡的节点总数随着节点数量的增加而增加，在尝试簇首数量的情况下也是如此。

3)改变基站位置

网络面积固定为200x200，节点数量固定为100。BS的位置已经从网络的中心变成了网络的边缘。

当我们将基站的位置从中心，即BS(100,100)更改为网络边界，即BS(100,200)时，可以观察到计算的值没有大的差异。

因此，观察了改变网络面积、节点数量和基站位置的影响。首先，在网络生命周期方面，通过两个参数，即第一个节点死亡时的整数和所有模拟回合结束时死亡节点的总数。其次，在给定的模拟回合中，网络中形成的暂定簇头的最大数量。

结论

本文介绍了在无线传感器网络中为实现节能路由而实现的HEED协议中参数的各种变化所产生的影响。在改变网络面积的情况下，网络的生命周期随着面积的增加而减少，同时保持节点数量不变，因为节点之间的距离增加导致节点过早死亡。如果我们增加节点数量，保持网络面积不变，观察到相同的模式。最后，在改变基站的位置时，只有轻微的变化，因为位置只在y轴上发生了变化，也没有太大的差异。另一个观察是在任何一轮模拟中网络中形成的暂定簇头的最大数量。显然，如果我们增加节点的数量，数量就会增加;否则，它对它没有影响。