能量平衡智能CLUSTRING无线传感器网络的协议

kaur Navroop Chattha
计算机科学和工程部门,Yadavindra学院Engg Talwandi Sabo印度旁遮普

通讯作者:kaur Navroop Chattha电子邮件:(电子邮件保护)

文摘

近年来微电子技术的进步使可行的部署传感器网络各种监测和监督的任务。严重的能源约束在这样的网络使必要的节能通信协议的设计。一个方法是使用多输入多输出(MIMO)的链接。允许多个天线MIMO系统执行预编码(多层波束形成),编码(时空编码)、多样性和空间复用。在本文中,我们提出一个能源平衡智能聚类协议基于MIMO方案的改进基于LEACH的分配方案。方案旨在平衡能源消耗在每个集群,使集群之间的多次反射传输通过整合合作分配方案的选择合作发送和接收节点和延长网络的生命周期。适应度函数是用来平衡能源消耗在每个集群节点的剩余能量和位置。在每一轮的节点称为辅助簇首计算集群头部的位置使用细菌觅食优化算法(BFOA)。

关键字

合作那,LEACH协议,多次反射沟通、细菌觅食优化算法(拍频振荡器),网络生命周期、无线传感器网络、摘要。

介绍

最近的无线技术的进步和微电子可行,从技术和经济的角度来看,密集的部署分布式传感器网络[1]。虽然今天的传感器节点相对较小的处理和存储能力,推动经济的规模,已经观察到,都是类似于摩尔定律的速度增加。在传感器的应用程序中,由小型电池供电,不是太贵就是不可能的,取而代之设计节能协议是至关重要的提高传感器网络的生命周期。[13]。由于有限的能源和充电困难大量传感器节点能源效率和最大化网络的生命周期是传感器网络的最重要的设计目标。[2]

浸出(低能自适应聚类层次)是一个自组织、自适应聚类协议,使用随机化分配能源负载均匀地在传感器网络中。[3]在浸出,自己组织到本地集群的所有节点按照一定的程序,一定数量的节点作为簇首,其他节点作为集群的成员。因为簇首节点消耗更多的能量比成员,浸出包括簇首的位置的随机旋转为了不流失一个特定的传感器的能量。在一个集群中,簇首执行本地数据融合“压缩”收集的数据量从集群的成员并把处理过的数据传送给基站,以减少能源消耗,提高整个传感器网络的生命周期。浸出许多轮在运行网络的生命周期,每一轮包含集群集群形成阶段和稳定阶段。

许多改进的浸出研究了近年来[7],[8],[9]。这些改进可以安排分为两类。一类侧重于改变簇首选择过程,以及其他旨在避免直接的簇首与基站之间的通信,并使用一般多跃点在簇首选择许多研究。另外,大多数改进考虑节点的剩余能量。我们提出一个方法,避免直接沟通和使用残余能量提高传感器网络的生命周期。

在[4][5][6]给出的一个改进是使用MIMO(多输入多输出)系统可以大大降低无线衰落信道的传输能耗。协作传输和接收数据的传感器被降低了每个节点能耗,提高网络的生命周期,所有的传感器节点都被认为是静止不动的,每个节点异构和能源,可以把数据传输到其他节点和下沉。水槽节点假定没有能量约束和配备一个或多个接收天线。传感器节点地理位置分为组成的簇头节点,发送和接收节点和非集群合作头节点传感领域的数据。集群头后连任每一轮LEACH协议的数据传输。多跳协作MIMO传输模型见图1。

不过那是基于LEACH和浸出有一些缺点当它面临集群建设和能源管理等问题。过滤不充分考虑当选择簇首节点的分布情况。在每个集群节点的数目不一致。节点的簇头时将消耗更多的能量与簇首。一些变长,这将直接与基站进行通信,网络中分布不均匀。他们很快就会流失能量如果远离基站或拥有大量的成员。在簇首选举过程中,节点剩余能量和位置还没有完全考虑。因为这些缺点的浸出,米姆也具有一些缺点。

在[4]MIMO计划在静态环境,要给出一个方法完全动态利用细菌觅食优化算法,用于集群形式或调整,调整后一种方案用于通信。在拍频振荡器适应度函数是用来平衡能源集群中。

细菌觅食优化算法(BFOA)

细菌觅食优化算法(BFOA)[7],[8]是一个著名的计算方法基于细菌觅食行为的研究。细菌觅食模式表现出来的复杂但有组织活动可以激发一个优化问题的解决方案。细菌的存活的根本机制,尤其是大肠杆菌在复杂环境中已报道研究人员在生物科学领域。从这些现象的启发,BFOA被开发作为一种优化算法通过k . m . Passino[10],[11],自适应性的个体组中搜索活动吸引了大量的利益。经典的细菌觅食优化(拍频振荡器)系统包括三个主要机制,即趋化作用,繁殖,消除分散我们简要描述这些过程如下。

趋化性

在经典的拍频振荡器,单位和随机行走方向代表了“暴跌”和单位与同一方向走最后一步表明“运行”。假设θ(i_j, k, l)代表j的细菌趋药性的,k生殖,激光elimination-dispersal一步。C(我),即运行周期单元参数,是趋药性的步长在每次运行或下跌。然后,在每个计算趋药性的步骤,第i个细菌的运动可以表示为

θi (j + 1, k, l) =θi (j, k, l) + C (I)(Δ(I) /)

繁殖

每一个细菌的健康状况的总和计算步骤健身生活期间,所有的细菌都按照相反的顺序根据健康状况。在复制步骤中,只有第一一半的人口生存,和一个存活的细菌分裂成两个相同的,然后放置在相同的位置。因此,细菌的数量保持不变。

消除和传播

细菌可能被困在初始位置或当地的最适条件,有可能拍频振荡器的多样性变化逐渐或突然消除事故被困在当地的最适条件。在拍频振荡器,色散事件发生后一定数量的复制过程。选择一些细菌,根据预设的概率Ped,被杀和环境中转移到另一个位置。

随机初始化位置的细菌域;

(r = 1:选择Ns)

(每细菌趋药性的步骤j = 1: Nc)

计算

计算细菌的营养功能我霁(j, r);

下跌

为细菌,霁Jlast (j, r)。生成一个随机角由Δ数组,其中每个元素属于[0,1];随机方向移动(Δ/√Δ_×Δ)由单位走,新位置计算方程(1);启动另一个趋药性的一步。

运行

对细菌、计算步骤健身霁(j, r)。如果霁(j, r) < Jlast,再单位走相同的方向,设置Jlast霁(j, r);否则,开始另一个趋药性的步骤;之前继续运行直到Nr步骤开始另一个趋药性的步骤;

(趋化现象的步骤结束)

繁殖

设置霁之和一步健身在细菌的生命时间我;

排序

霁升序排序的值健身人群中,上半年人口生存和存活的细菌分裂成两个相同的,然后放在同样的位置;

消除和传播(选择)

选择一些细菌,根据预设的概率Ped,被杀和环境中转移到另一个位置。

结束(选择)。

表我:为DBFA伪代码

提出了能量平衡智能协议

这个旨在平衡每个集群节点之间的能量消耗,减少簇首的能量耗散。像浸出,这许多轮在运行网络的生命周期。在工作过程中它包括四个阶段:一个集群的形成阶段,簇首调整阶段,合作节点选择阶段和稳定阶段。

集群的形成阶段

每个节点向基站发送位置信息。一定数量的节点作为辅助簇首选举有一定概率的。根据辅助簇首的数量,网络分为相同数量的集群均匀。如果没有节点死亡,辅助簇首的数量是固定的,并且在每个集群成员的数量相同的固定方式。构建集群网络,基站从最远的从第一副簇头,节点,选择最近的固定数量的节点作为其成员节点。然后基站选择最远的。只有当第二辅助簇首节点与其他节点,而选择最近的固定数量的节点作为其成员。这一过程持续进行直到所有辅助选择集群头和成员。基站将通知发送给网络中的所有节点。根据这个过程,如果没有网络中传感器节点死亡,这个集群建设是稳定的。网络拥有相同的辅助簇首,每副簇首拥有相同的成员。

集群调整阶段

辅助变并不是最终簇首,BFOA算法用于调整。每个节点使用的算法。辅助集群头然后决定每个成员节点发送后的最终BFOA簇首的位置和剩余能量信息辅助簇首。每个辅助簇首计算最终簇首的位置,并将通知发送给最终簇首和集群中的其他成员。在这个阶段,BFOA算法所使用的辅助调整簇首。我们可以使用一个适应度函数是基于相对距离的集群的每个节点辅助头,每个节点的剩余能量。

这个健身功能的基础上最后的趋化性的步骤我们可以找到适合每个传感器节点的位置(按照拍频振荡器算法)。最后bacteriam或集群中的所有传感器节点发送他们的相对位置和剩余能量辅助集群头,然后辅助集群头计算最终集群头位置。现在假设在开始迭代之前,所有的细菌都出席他们的真实位置和迭代所有分泌物后出现在合适的位置。

然后最合适位置映射到一个集群中的节点的位置。

辅助集群映射的根据:Dmin =分钟{| | Pb-P1 | |, | | Pb-P2 | |, | | Pb-P3 | |…………| | Pb - Pn | |}

听到Pb =真正的位置,

Pn =合适的位置

然后某一节点的实际位置与dmin将选择最终簇首的位置。最近的节点,这意味着从Pb将作为最终簇首。

合作节点选择阶段

集群形成后,每个集群头将选择J合作发送和接收节点的协作MIMO通信与每个相邻的簇头(J是固定的)。节点与更高的能量接近集群头将当选为发送和接收合作节点集群。簇头将广播合作请求(COOPERATE-REQ)消息,其中包含的ID集群本身,相邻的簇头的ID y,发射和接收的ID合作合作节点和索引节点合作节点集的每个集群每个协作节点。合作节点收到合作——申请信息,存储集群头ID并发回cooperat-acknowledgement (ACK)信息集群头。在这个分配方案集群头本身作为发送方或接收方也意味着集群头tke参与合作发送和接收。计划叫做首先实现在LEACH协议,[14]但是,它受到很多画背,但在该方案可以删除这些画背上考虑好的能量平衡适应度函数。

数据传输阶段

在此阶段,由传感器节点感知的数据被传输到集群头和转发到水槽使用天线系统方案根据路由表。

集群内传输

在这个阶段,非集群头集群节点发送的数据帧头在分配时间槽。

国米集群传输

簇头接收数据帧后的集群成员,它执行数据聚合和广播数据J合作那发送节点。每个合作发送节点接收到数据包时,他们包括集群头使用时空分组码编码数据合作(摘要)和传输数据。使用摘要技术的优点是,他们提供分集增益传输和接收操作合作MIMO系统。因此,分集增益提供可靠和节能传输。接收合作节点利用信道状态信息解码时空编码的数据。合作节点继电器解码数据相邻的簇头节点,将数据包转发到话务信道(目标集群头)。

结论和未来的工作

这种方法比文中使用浸出,因为在浸在每一轮新的簇头选择然后在每一轮能源消费这一过程。但如果我们用拍频振荡器集群只需要选择集群头当巴克特里亚死在任何集群由于低能量,所以听到它消耗更少的能量比LEACH簇头本身也参加交流合作发送和接收操作所以还有点存在整个集群和合作节点的节能。所以它比LEACH给出更好的结果。BFOA参数的变化几乎没有影响最终簇首的选择在每个集群。所以它没有影响无线传感器网络的工作过程。对于大规模无线传感器网络,都有大量的成员在每个集群和簇首将消耗更多的能量在其工作时间。在未来的研究中,我们将更加注意BFOA的影响参数对大规模无线传感器网络。

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