节能的网络通过不同的聚类算法

Kirtika Goyal
旁遮普大学计算机科学系,帕蒂亚拉。

通讯作者:Kirtika Goyal,电子邮件:goyal.kirtika@gmail.com

文摘

无线传感器网络(WSN)需要一个节能通信协议尽可能减少能源消耗。但传感器网络的生命周期大大影响由于节点的电池。无线电不规则和衰落在WSN也会影响一生的多次反射传感器。提出了各种基于集群的方案解决这个问题。拟议的计划关注的集群网络保护网络的能量。提出系统的性能评估方面的能源效率和可靠性。

关键字

集群、无线传感器网络能量参数,节点,簇头。

介绍

无线传感器网络是计算机科学中最具挑战性的课题之一,和生物技术研究。无线传感器网络网络中,成千上万的小和电池供电的节点相互通信通过传感功能。能源是一个主要的设计约束在传感器网络。由于这种约束传感器节点感知能力的减少和他们的带宽限制。信道衰落和广播不规则进一步构成巨大挑战的设计能量高效的通信协议在无线网络[2]。这些网络可以包含成百上千的传感节点。需要使这些节点尽可能廉价、节能和依靠他们获得大量高质量的结果。所以协议必须实现容错设计的单个节点故障同时最小化能量消耗。此外,由于有限的无线信道的带宽必须之间共享的所有传感器网络[3]。为了节约能源,是常见的传感器节点自组织定期到集群,一个传感器是选为簇头。 The cluster head is responsible for the organization of the cluster, data collection and aggregation within the cluster, as well as transmission of the aggregated data to the sink [4].

pegasi[5]中给出协议形成一个链包括网络中的所有节点使用贪婪算法,这样每个节点转换从一个邻居和接收。在每一轮中,随机选择节点轮流传输基站的聚合信息。节点在青少年和APTEEN旨在应对突然的变化感知属性,当节点超过用户定义的阈值。他们认为基站的位置是固执和网络中的每个节点与基站直接通信。OEDSR需求是一个协议轮为最小化不同链路成本因素定义使用可用的能源、端到端延迟,和一个基站的距离。

LEACH协议的主要思想是,选择所有节点集群头定期和每个时期都包含两个阶段建设集群第一阶段和数据通信第二阶段[7]。MIMO系统可以大大减少无线衰落信道的传输能耗。这些计划,多个单独的单天线节点合作信息传输和/或接收节能通信[8]。本文的组织结构如下:第二部分描述了各种聚类协议。最后第三部分总结了纸。

相关工作

传感器网络被认为是一项新兴技术,它结合了无线网络的概念与传感器[11]。重要的微电子技术的进步,计算和无线通信减少能源消耗,提高了网络的通信能力和扩展功能,这也反映了网络的基本特征。无线传感器网络由数百成千上万的小型节点用于广泛的数据采集应用,如军事、环境监测和许多其他领域[2]。有许多因素影响无线传感器网络的能量消耗。因为无线传感器网络的概念是基于一个简单的方程:

传感+ CPU +广播=成千上万的潜在应用。

当无线传感器网络感知的数据消耗的能量。当C.P.U过程数据消耗的能量。所以有不同的技术和协议针对减少能源消耗。MIMO系统可以大大减少无线衰落信道的传输能耗[2]。协作传输和接收数据的传感器被降低了每个节点能耗,提高网络寿命[10]。在这些计划中,多个单天线节点数据传输和接收节能合作交流。

然而合作味噌执行只有单跳传输和不延长网络的生命周期。要克服这些画背,该模型修改LEACH协议[1],并允许集群形成多次反射中枢和包含合作分配方案在每个单跳传输利用一组发送和接收合作在每个集群节点。该模型的能源消耗和存活的节点数量每一轮的评估数据传输。由于有限的能源和困难给大量的传感器,能源效率和最大化网络生命周期是无线传感器网络最重要的设计目标(轮)。然而,信道衰落、干扰和无线电不规则构成巨大挑战的设计能量高效的通信网络的[2]。协作MIMO网络方案已经提出了改善通信性能[2]。在这些计划,多个单独的单天线节点配合节能通信信息传输和/或接收。

基于地理适应性降低能耗富达(GAF)

y徐、j . Heidemann和d·埃斯特林GAF协议[12]。这是一个节能意识主要路由协议提出了马奈,但也可以用于网络因为它有利于节能。GAF动机是基于能量的设计模型(13、14),考虑能耗的接收和传输数据包以及闲置或听收音机时传感器的检测存在传入的数据包。功能大体评定测试中关掉不必要的传感器是基于机制,同时保持一个常数级别的路由富达(或不间断通信传感器之间的连接)。在GAF,传感器领域分为网格广场和每个传感器使用地理位置信息,可以提供的GPS系统[13]或其他位置,将本身与特定网格中驻留。这种关联是利用的功能大体评定量表来识别传感器,从数据包转发的角度是等价的。

减少能源消耗能源利用基于地理和路由(齿轮)

齿轮[20]是一个节能的路由协议提出了y, r . Govindan和d·埃斯特林路由查询目标区域在传感器领域,在齿轮,传感器应该定位硬件装备,例如,一个GPS装置或定位系统[20],以便他们知道当前的位置。此外,传感器是意识到自己的剩余能量以及位置和他们的邻居的残余能量。齿轮使用能源意识到启发式基于地理信息的选择传感器对目的地区域路由数据包。然后,齿轮使用递归地理转发算法来传播目标区域内的数据包。

降低能耗基于集群关联算法(LCA)

有关集群算法(LCA) LCA(15、17),是第一个聚类算法开发的a·艾米斯r·普拉卡什t . Vuong和d Huynh,。它最初是为有线传感器开发的,但后来在无线传感器网络中实现。在LCA,每个节点分配一个惟一的ID号码,已经成为clusterhead两种方式。第一种方式是如果节点ID号最高设置包括所有邻居节点和节点本身。第二种方法,假设集群邻国都头,然后就clusterhead。

降低能耗基于集群关联算法(LCA2)

有关集群算法2 (LCA2) [15], [16]: LCA2提出了p Tsigas消除不必要的选举这样的数量,如LCA。在LCA2,他们介绍的概念节点被覆盖和non-covered。一个节点被认为如果邻国之一是clusterhead覆盖。未选举作为从节点ID non-covered邻国拥有最低的。

基于Highest-Connectivity集群算法降低能耗

Highest-Connectivity集群算法提出的p . Tsigas[15]:该算法类似于雷伯氏先天性黑内障。在这个计划的数量节点邻居广播t o周围的节点。结果是,而不是看身份证号码,节点的连通性。最高的节点连接(连接到大多数的节点数量)当选clusterhead,但在领带的情况下,最低的节点ID。

基于极大极小D-Cluster算法降低能耗

不等式性质D集群,a·艾米斯r·普拉卡什t . Vuong和D。黄齐[18]提出一种新的分布式clusterhead选举程序,没有节点比d (d值选择启发式)跳离clusterhead。该算法提供了负载平衡在群头。clusterhead选择标准是由每个节点启动2 d发洪水,结果被记录。然后每个节点遵循一组简单的规则来确定各自的clusterhead。第一维轮被称为洪水马克斯,用来传播最大的节点id。这个完成后,第二维轮洪水发生。这轮被称为floodmin,用于允许较小的节点id收回他们的一些领土。然后计算每个节点下面列出的记录条目遵守规则[18]:

规则1:每个节点检查它已经收到了自己的id在二维洪水。如果有,那么它可以声明本身clusterhead和跳过其他规则。否则继续规则2。

规则2:每个节点查找节点对。一旦完成,它选择的最小节点对clusterhead。如果一对节点不存在,他们继续规则3。

规则3:选举的最大节点id 1 d作为该节点的clusterhead轮的洪水。

降低能耗基于低能量自适应层次聚类算法

w·r·Heinzelman a .切卓卡山和h·定意低能自适应聚类层次结构(或LEACH)协议。这是第一个重大改进传统聚类方法在无线传感器网络中。常规方法算法例如MTE (Minimum-Transmission-Energy)[]或直播不甚至导致整个网络能量耗散。浸出提供了一个平衡的能源使用[18]随机群头的旋转。该算法也是以这样一种方式组织数据融合可以用来减少传输的数据量。决定一个节点是否提升动态clusterhead是在每一个时间间隔。海拔决定完全由独立于其他节点每个节点以减少开销在clusterhead建立[24]。这个决定是一个函数的最优的比例未在网络(先验确定应用程序),结合频率和最后一次给定节点clusterhead过去。阈值函数被定义为

其中n是给定的节点,P是一个节点的先验概率当选clusterhead, r是本轮和G数量的节点集没有被选为未在最后1轮/ P。每个节点在clusterhead选择将生成一个随机数在0和1之间。如果数量小于阈值(T (n)),该节点将成为clusterhead。clusterhead高度后,将新clusterhead播放状态到邻近的节点。这些节点将确定最优clusterhead(所需的最低能量传输)和继电器的欲望在特定集群。

基于两层降低能耗低能量自适应层次聚类算法:

两级层次浸出(或TLLEACH)提议扩展LEACH算法。诉Loscri、经纪人莫拉比托g . s . Marano利用两个级别的簇头(中小学)除了其他简单的传感节点。在这个算法中,主要在每个集群与集群头中学,和相应的辅助与节点子集。数据融合也可以表现在浸出。此外,在集群通信仍将使用TDMA时段。一轮的组织将包括第一选择中小学集群头使用相同的机制作为浸出,与被提升到一个主要的先验概率小于辅助节点的集群头。通信的数据从源节点到水槽是实现两个步骤[20]:

1)辅助节点收集数据在各自的集群节点。在这一层数据融合可以执行。

2)主要从各自的二级簇节点收集数据。数据融合可以实现在主簇头的水平。TL-LEACH减少的两级结构的节点需要传输到基站,有效地减少了总能量使用[20]。

结论

所展现的各种电源管理协议,许多研究人员已经提出如上解释为传感器节点改善电池的性能。他们提出了各种无线传感器网络的特点来提高性能可靠和稳定。的参数主要包括能源、传感…这些协议被用于无线传感器网络的许多应用程序。

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