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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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节能协议在无线传感器网络实时流量

Saravana.S
Bharath大学助理教授印度钦奈- 600073
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文摘

无线传感器网络发现多个应用程序和正在越来越多地部署在现实世界中的各种应用程序包括军事、工业应用、遥感等。无线传感器网络是由许多数量的传感器节点实时传感数据。每个节点相互通信通过无线链接通过直接或通过其他节点。传感器节点是由电池供电,能量守恒,这是直接关系到网络的生命周期,被认为是相对比发送的数据的质量更重要。传感器网络的生命周期依赖于节点的能量。在大多数的传感器网络没有办法节点的电池充电,因此可用能源的有效利用是至关重要的。为了有效地利用能源,能源意识到路由协议发现最好的两个节点之间的最小成本和找到最短的路线提出了实时数据传输,不仅具有最优的能源消费,但也有最低端到端延迟。

关键字
能源意识到路由协议;实时交通;服务质量;无线传感器网络

介绍
无线传感器网络(网络)近年来获得了全世界的关注,特别是随着微机电系统(MEMS)技术,促进了智能传感器的发展[1]。这些传感器虽小,处理和计算资源有限,他们是便宜的比传统的传感器。这些传感器节点可以感知、测量和从环境中收集信息,基于一些当地的决策过程中,他们可以传播感觉到数据给用户。
由于电池能力有限,传感器节点能源资源约束等[2],如果碰巧有一个甚至单个节点的失败,整个网络拓扑变化要求再次发起的网络设置。这意味着网络的寿命很大程度上取决于个人的生活时间节点的传感器节点网络。由于传感器节点部署监控事件发生在一个特定的地区,总有一个水槽节点或基站的传感节点路由感知数据进行处理。水槽节点的主要优势是其长期能源供应,因为它总是访问,因此保证如果感觉到数据到达汇聚节点,然后失去感知数据的概率减少,源节点,情况就不一样了。节点的失败可以由于电池故障由于传感器节点配备电池的固定来源[3]。一个重要因素影响的消费更多的权力在无线传感器网络,每个传感器节点消耗力量不仅对传感感知数据进行处理和传输或接收数据或从邻国。这些原因,权力的使用效率是主要的,也许最重要的考虑设计一个无线传感器网络路由协议。
在无线传感器网络路由协议[4]设计以这样一种方式,他们使网络生命时间更长一段可用资源的高效利用,以最经济的方式和路由协议也应该使用合适的算法来找到有能力来满足应用程序QoS需求的路线。传感器节点在网络有很多有限的能源和计算。这些网络的主要约束的能量消耗。传感器网络的生命周期依赖于节点的能量。在大多数的传感器网络节点的电池没有办法收费;因此有效地使用可用的能源是至关重要的。关于以上提到的点,在无线传感器网络的协议应考虑能源约束网络层。路由协议应该使用高效算法消耗能源优化[5]。
有许多因素影响对无线传感器网络路由协议的设计。他们是节点部署、能源消耗、可伸缩性、数据聚合,覆盖和连通性[6]。存在大量的路由协议分类根据网络结构。层次路由协议,平面路由协议和基于位置的路由协议[7]。在平面路由协议中,所有节点的传感器网络收集信息平等的角色。他们都有相同的网络的状态信息。提出了一些平面路由协议包括:直接扩散,旋转,谣言路由、最低成本转发算法,基于梯度的,美洲狮,获得[8]。本文提出了平面路由协议。
摘要一个高效能源奖的路由协议在无线传感器网络实时流量提出了。提出的路由协议是能源意识到它的主要目标是消耗能量优化。提出的路由协议可以找到最好的路线最优能耗不仅还有最低端到端延迟。路由算法在拟议中的协议,认为成本函数帮助每个路由算法分配成本。这个代价函数可以根据应用程序需求决定的。该算法找到最佳路径取决于其成本。通过使用一个代价函数,提出了路由算法选择最优路线与可能的最低成本。成本函数是基于能源消耗和端到端延迟。端到端延迟包括传输延迟和排队延迟[9]。在该算法中,为了减少端到端延迟通过最小化传输延迟。 As transmission delay is directly related to the route length, the minimum transmission delay can be achieved by minimizing route length between source and sink nodes. The proposed routing protocol uses a neighbor discovery algorithm to find its neighbors uniquely. As most of routing algorithms need to send data to a specific neighbor, neighbor discovery is very important. The proposed neighbor discovery algorithm uses three input parameters includes: node identifier (ID), received signal strength and a random number. Simulation results show that it can discover the neighbor uniquely.
剩下的纸是组织如下:第二部分给出了相关工作的概述。第三部分描述了提出能源意识到路由协议的细节。实现细节和性能分析将在第四部分讨论。第五部分包含仿真结果,最后第六部分总结了纸。

相关的工作
已研制出许多路由协议的无线传感器网络。轮的能量是一个重要的约束,所以能量意识到路由算法太重要了。在本节的其余部分,我们回顾一些一般路由协议提出了无线传感器网络。定向扩散[10]是一个众所周知的无线传感器网络路由算法。这个算法并不复杂,直接扩散相关的传感器节点的数据。这个过程保证数据交付率高和低延迟通信。定向扩散消耗更多的能量来转发和接收冗余数据。水槽的发送兴趣,每个网络节点和决定他们的工作。当一个节点感知一个事件,它将适当的事件相关信息发送给下沉。
低能量的自适应聚类层次结构(LEACH)[11]协议也是很常用的传感器网络的传感器网络。浸出有层次结构和聚类路由方法,利奇将传感器节点划分成许多不同的集群,每个集群有一个头节点收集的数据相同的集群中的其他节点,并将收集到的数据发送给其他集群头或沉没,但不同集群之间的节点不是头不能相互通信。头节点将集群中随机选择,它会导致更多的能量消耗的节点。通过数据聚合优势,节点随机选择了头,利奇将分散的节点能量耗散提高传感器网络的生命周期,但头节点之间的通信时间越长或水槽相比之下可能会增加能量消耗。
低功耗聚集在传感器信息系统(pegasi)[12]是熟悉的活性为传感器网络路由协议。类似于浸出,pegasi领导者节点传输数据到水槽。但是,传感器节点由pegasi不会报告数据时期。有任何检测到事件时,路线将被创建为一个链贪婪算法,有一个节点将被选为领袖节点收集的数据通过其他节点沿着链。这个反应模型可以减少能源损耗关掉领袖节点和传感器节点轮流,它还可以减少传感器节点的通信的频率。但是pegasi需要位置感知设备创建链进行数据传输,这也将成本开销的节点。
实时权力意识框架(RPTAW)认为能源[13]和QoS指标。该算法行为层级。通过改变集群结构和创建新节点被称为继电器节点,它的工作就是转发信息从集群到水槽,其目标是实现。该算法声称通过使用数据聚合函数,减少了能源消耗。而且它可以管理的服务质量取决于使用的路由协议的效率。
活性能量决定路由协议(REDRP)[14]是另一个网络的路由算法,它的主要目标是优化能源消耗。该算法试图公平分配流量在整个网络。使用这种机制,降低了网络能耗。REDRP路由反动地,使用剩余节点能量路由过程。它使用本地信息路由,但节点有一个全球整个网络ID是惟一的。该算法分为四步。在第一步中,沉向所有网络节点发送控制包。节点的估计距离相对通过使用这个包。下一步是路由发现。执行路由在REDRP需求。 This means that the routes are established reactively. After route establishment in route discovery step, data are forwarded to sink by using those routes. In route recovery step if a route is damaged, it will be recovered or a new route will be established.

提出了协议
拟议中的协议使用一个平面路由算法[15]路线之前建立了流量传播。运行算法找到源和目的地之间的最小成本的路线。提出的路由算法分为三个阶段:数据传输路由发现阶段,阶段和路由恢复阶段。最后一个阶段是只有当拓扑已经改变了。每个节点都有一个唯一的标识符(ID)决定在路由发现阶段。节点也有一个路由表包含三个字段:ID、信号强度和路线成本。有一个记录的每个邻居节点的路由表。创建路由表中的路由发现阶段。此表用于数据传输阶段从源发送交通下沉。三个阶段的路由协议将在以下小节中描述
答:路由发现阶段
水槽将此阶段的启动程序,它广播数据包全部邻居叫做路由发现包。发现包是图1所示的路线
图像
每一个路由发现包包含的三个字段:消息类型,发件人ID和最佳路径的成本。消息类型字段决定了包的类型。发件人ID字段的值决定了发送者的ID。最好的路线成本字段决定了最优的路线发送节点和水槽之间的成本[16]。通常发件人ID字段的值在所有路由发现水槽节点发送的数据包都等于零。汇聚节点之间的最优路线的成本和本身永远是零,所以最佳路径成本字段的值也等于零。
每个节点收到路由发现数据包后,遵循这些步骤:
1。增量值的节点收到的数据包的发送方ID字段ID并比较结果。如果结果大于节点的ID,接收到的数据包被删除。否则节点的ID是取代了结果的价值。节点没有任何ID时,节点的ID =:发件人ID + 1。如果包被接受继续如下的步骤:
2。节点创建一个新的记录收到的数据包的路由表。路由表的ID字段的值被设置为发送方收到包的ID字段。
3所示。数据包的转发成本直接从发送节点i, j计算使用以下成本函数:
图像
在哪里
distanceij之间——远程节点i和j。
energyj剩余能量的节点j
ETXp的定义:ETX[17]的道路是ETX之和最大的三个连续跳的路线。这个计算的瓶颈。N是啤酒花的数量。ETXj j跳的是ETX值。瓶颈链接的数量根据网络密度可能会有所不同。
图像
延迟的定义:网络中数据包的端到端延迟的时间包到达时间的水槽叶子源。
在哪里
图像
ETX代表(3)的链接预测的数据传输需要通过这个链接发送数据包
在哪里
df -远期交货率
博士——反向交货率
N -啤酒花的数量
ETX预期的传输计数
成本分配给网络中的每个链接在(1)表示。每个节点传输数据向下沉,选择成本最低的最优路线。如果新发现的路线有一个较低的成本比现有的最低成本路由,节点替换新发现路线水槽的最佳途径。在这种情况下,数据包的发送者选为下一跳节点。路由策略是跳了跳,所以每个节点只存储下一跳的信息。
4所示。发送者和接收者之间的距离是由接收到的数据包的信号强度,然后信号强度的值更新路由表的字段。可以确定使用距离传输延迟。为更好的吞吐量预期的传输计数是补充道。
5。如果在步骤2、3和4任何变化发生在节点属性的值,节点应该发送一个发现数据包路由到邻国包含参数的新值。
在该算法中,每个节点收到路由发现数据包从它所有的邻居。它选择最低的邻居的ID作为其ID。当所有节点发送路由发现包,最好的路线成本字段的值在其路由表的值被设置为最小成本路径。路由发现阶段结束时,每个节点知道的成本从自己水槽节点发送数据。
b数据传输阶段
当一个节点检测到一个事件时,它应该发送数据与事件相关的下沉。如前所述,在路由发现阶段建立了路线。所有节点知道自己的最低成本路由到水槽。所以,使用最优路径的节点能够将其数据发送到水槽。每个节点知道其在最小成本路径中的下一个跃点。当一个节点检测到一个事件或收到任何数据,将它们发送到汇聚节点通过下一跳节点。
c .路线恢复阶段
这一阶段定期执行。时间的长度取决于节点的移动性。如果一个节点死亡,它永远不会参与路由过程在接下来的时期。因此,死亡节点不属于任何既定的路线。如果下一跳节点失败,使用备份节点发送数据。网络中的所有节点通过他们的邻居知道转发的成本信息。当最低成本路由失败然后使用第二个节点转发数据的最小成本路径。在所有可能的路线信息从一个节点到水槽存储在节点路由表,所以很容易找到第一和第二最小成本的路线。
当提醒一个节点的能量小于预定的阈值,它将通知所有邻国这种情况。如果希望意识到它的下一个节点一个节点没有足够的能量,它使用第二个最低成本路由发送数据。

提出了邻居发现阶段
提出了邻居发现阶段的操作在本节说明。所有能源意识到路由协议需要邻居发现机制。建议的方法使用一个跳了跳路由算法;路线选择水槽,每个节点通过选择下一跳,同时不同的路线是挑出通过考虑不同的下一跳节点。大多数路由算法使用跳了跳策略更有效。所有节点使用跳了跳只有下一跳路由算法所需要的信息,这意味着他们需要本地信息。当一个算法需要整个网络的全局视图,它必须支付更多的与这种情况只有本地视图。邻居发现算法收集当地信息节点的邻居。区分节点彼此,我们可以为每个节点分配一个惟一的标识符。这个标识符是唯一使其他节点选择一个节点。 By considering this deployment, all the node's neighbors will receive the data, but only one node that is identified by the packet destination identifier field will process it. The node's identifier could be local or global. When a node's identifier is global, the node could be identified by the other nodes uniquely. But as we mentioned before, this type of identifying is too expensive. When a node uses local identifier, it can only distinguish its neighbors. As the proposed algorithm needs network's nodes to distinguish their neighbors uniquely, so it doesn't need global identifier and the local identifier is sufficient. In the following, we propose a new neighbor discovery mechanism for distinguishing node's neighbors.
在拟议的邻居发现机制中,每个节点估计其距离发送方使用接收信号强度。该参数可用于区分节点的邻居。在路由发现阶段许多节点之间的数据包传输。使用这些包的信号强度,接收机可以估计其与发送节点之间的距离。因此路由发现阶段结束时所有节点知道自己距离他们的邻居。在路由发现阶段ID分配给每个节点。这个ID在整个网络不是唯一的。节点以同样的ID相同数量的啤酒花的下沉。拟议的邻居发现算法使用两种节点ID和接收信号强度来区分邻居与合适的准确率。我们相信,通过使用两个节点之间的距离和节点ID,我们可以区分精度高的邻居。 If by using these two parameters, the node couldn't distinguish all its neighbors, this means that some of its neighbors have the same distance and ID. In this case, the proposed mechanism uses a random number to discern them.
当一个节点检测到碰撞,这意味着它有一个以上的邻居有相同的距离和ID将碰撞恢复数据包发送给邻居。在这个数据包发送节点宣称只有节点发现任何碰撞应该处理它和其他邻居应该忽略它。当检测到碰撞的节点收到这个包,它们之间创建一个随机数字0和MAX(通常马克斯是一个巨大的数字,如,100000)并将其发送的节点发送了碰撞恢复包,使用碰撞恢复应答包。发送方和接收方都将这个随机数在路由表存储在一个适当的记录。这种随机数使得区分操作完成。通过使用距离(信号强度),如果需要ID和随机数,可以相互区分的邻居。当一个节点需要发送一个数据包到邻国之一,它应该使用包中所有提到的3参数。所有邻居接收数据包,但只有你的邻居可以找到匹配和相同的属性将处理数据包,其他节点将忽略它。评估的性能提出了邻居发现阶段,我们实现了模拟器。表1显示了模拟结果。 As mentioned before, the collision is only occurred when a node has more than one neighbor with the same distance and ID.

仿真结果
在这一节中使用GloMoSim网络模拟器软件能源意识到路由协议的性能评估与AODV协议。
答:环境设置
表1显示了的网络环境设置能源意识到路由协议是模拟的
图像
b .结果分析
在图1中所有节点的平均能量消耗是策划与交通的数量。当交通增加网络的节点利用率也会增加,因为密集的交通,因此节点能量消耗的增加与增加流量。相比的AODV协议提出的能源意识到协议消耗更少的能量。
图像
图2比较了平均能量消耗之间的协议和AODV协议提出的不同数据包的大小。数据包大小代表数据包的大小通过路由节点。当数据包大小增加路由的时间也会增加导致节点利用时间的增加,由于这种网络的能源消耗也增加。因为提出主动路由协议建立了最低成本路由它执行的路线比AODV协议。
图像
平均端到端延迟通过改变流量的数量由对比分析在图3中提出的协议和AODV协议。拟议中的协议建立一个最低成本路由的跳数更少,到达汇聚节点,因此数据包的端到端延迟到达汇聚节点也会减少。这个概念看起来比AODV协议的路由技术。
图像
网络的吞吐量分析方法在图4和AODV协议通过改变流量的数量。随着流量的增加碰撞在每个节点增加从而导致网络的吞吐量下降。提出协议执行在这种条件比AODV协议。
图像
图5比较能源意识到协议的吞吐量和AODV协议通过改变网络中节点的数量。随着网络的节点密度的增加啤酒花的数量也会增加对数据包从源节点到达汇聚节点。提出选择最小跳数的路由协议因此网络减少交通拥堵和碰撞率也降低,导致更好的吞吐量。
图像

结论
能源意识到路由是无线传感器网络中最具挑战性的问题。当前的传感器数据路由的研究主要集中在能源协议,意识到最大化网络的生命周期,可伸缩的大量传感器节点和宽容传感器损坏和电池耗尽。在本文中,提出了一种有效的能源意识到路由协议。提出的路由协议有两个主要目标是低功耗和高延迟性能。我们评估拟议中的协议在不同场景下的性能。仿真结果证实,该协议是更高效的能源消费相比,传统的AODV协议。此外,提出的路由协议可以找到最优路径与较低的端到端延迟和高吞吐量的链接。

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