关键字 |
| Ad Hoc网络，能源感知路由，电池感知路由，能源效率。 |
介绍 |
| 无线技术在我们的日常业务和个人生活中越来越受欢迎。个人数字助理(PDA)允许个人访问日历、电子邮件、地址和电话号码列表以及Internet。一些技术甚至提供全球定位系统(GPS)功能，可以在世界上任何地方精确定位设备的位置。在无线技术承诺提供更多的特点和功能在未来几年。WSN是一个由各种传感器节点组成的非常大的阵列，通过通信网络相互连接。传感器节点的基本组成是传感单元、处理单元、收发单元。 |
| 传感器节点感知正在测量的物理量，并将其转换为电信号。之后，信号被馈送到A/D转换器，并准备由处理器[1]使用。处理器将根据编程方式将信号转换为数据，并通过收发器将信息发送到网络。传感数据在传感器节点之间共享，并用作分布式估计系统[2]的输入。WSN的基本目标是可靠性、准确性、灵活性、成本效益和易于部署。WSN由独立的多功能传感器节点[3]组成。 |
| 众所周知，无线传感器网络主要由微小的传感器节点组成，这些节点配备了有限的电源。能量网络的寿命是由传感器消耗能量的快慢决定的。当电池耗尽时，网络中的节点就不再有用了。研究人员目前正在为传感器网络开发新的路由机制，以节省能源和延长传感器寿命。动态集群协议允许我们间隔节点的生命周期，允许它做最少的工作来传输数据[4]。传感器网络可广泛应用于环境管理监测、工业传感和基础设施保护、温度传感等领域。因此，提高应用服务质量本质上是提高能效。本文通过将功率控制技术集成到节能路由中，解决无线网络中存在不可靠的通信链路或设备或损耗无线链路层时的能效可靠路由问题。链路层实现了完美的可靠性，传输层实现可靠性的情况[5]。 |
| ad hoc网络中的节点具有有限的电力资源和有限的处理能力。在进行路由时，如果路由算法没有考虑到有限的资源，可能会导致网络服务的急剧退化，最终降低网络[6]的生命周期。为了最大限度地延长网络生命周期，消息流路径的选择方式是使沿路径消耗的总能量最小化，同时避免耗尽节点中的能量。寻找消耗能量最小的路径网络和寻找不使用能量耗尽节点的路径导致目标冲突[7]。与传统的功率感知算法相比，MRPC仅通过其剩余电池能量来识别节点的容量，但也包括在转发特定链路上可靠分组所消耗的预期能量。这样的公式方法捕捉了链路传输成本也依赖于节点之间的物理距离和链路错误率[8]的场景。 |
| 提出了一种适用于多种传感器网络节点设备的无线通信子系统的实际功耗模型。主要部件的简单功耗模型被单独识别;传感器节点的有效传输距离由发射功率放大器的输出功率、接收低噪声放大器的灵敏度和射频环境[9]来模拟。传统上，PSR方法被估计为一个测试包窗口上成功传输的分数。为了证明基于计数的方法不能对无线信道的变化做出足够快的反应，解决这个问题的唯一方法是根据接收机的特性和接收机[10]的信噪比(SNR)估计PSR。 |
| 相反，在QUEST中，每个速率/邻居的链路质量管理是通过配置文件查找来实现的。我们进行了测试床实验来实现概要文件，也解开了助产士驱动程序中的两个主要错误，许多研究人员广泛使用它来构建基于802.11的系统。利用大型发射机和接收机轨迹数据库，利用自主开发的工具，研究不同传输速率下改变平均时间周期对剖面的影响[11]。 |
文献综述 |
电池最大最小容量路由(MMBCR) |
| MMBCR是一种功耗敏感的路由算法，解决了提高运行寿命的问题。MMBCR采用最小-最大路由选择方案。与Min-Max选路方案一样，MMBCR选择关键节点电池剩余能量最高的路由。在MMBCR中，与特定路径P相关的成本度量Cp由给出 |
| Cp = min {Bi} |
| 其中Bi为节点i的电池剩余容量位于路径p上，PMMBCR选择的路径为 |
| PMMBCR= max {Cp} |
| 该方案可以防止节点被过度使用。这延长了时间，直到第一个节点下电，并增加了网络分区之前的操作时间 |
2]最大剩余包容量(MRPC .) |
| MRPC通过考虑电池剩余能量和在特定无线链路上可靠转发数据包所消耗的预期能量来确定节点的容量。与MMBCR一样，MRPC也采用了Min-Max选路方案。MRPC选择关键节点(剩余报文传输容量最小的节点)报文容量最大的路由。设Ci, j为连杆(i, j)的节点-连杆度量，定义为 |
| Ci, j = Bi/Ei， |
| 其中Bi为节点和Ei的剩余电池容量。j是节点i在链路(i, j)上传输一个数据包所需要的传输能量。从数学上讲，MRPC与特定路径P相关联，最大生命周期(通过路径P在源和目的之间可能转发的最大数据包数量)为 |
| Lifep= min {Ci, j} |
电池最大最小容量路由(MMBCR) |
| MMBCR是一种功耗敏感的路由算法，解决了提高运行寿命的问题。MMBCR采用Min-Max选路方案(为其最关键节点选择值最高的路径的算法)。与Min-Max选路方案一样，MMBCR选择关键节点电池剩余能量最高的路由。在MMBCR中，与特定路径P相关的成本度量Cp由给出 |
| Cp = min {Bi} |
| 其中Bi为节点i的电池剩余容量位于路径p上，PMMBCR选择的路径为PMMBCR= max {Cp} |
LEACH协议 |
| 低能量自适应聚类协议(LEACH)是第一个基于分层聚类的无线传感器网络路由协议，它将节点划分为簇，每个集群专用于具有额外特权的节点，称为集群头(CH)，负责创建和操作TDMA(时分多址)调度，并将聚合数据从节点发送到BS，其中使用CDMA(码分多址)需要这些数据，其余节点是集群成员。 |
路由 |
| 低能耗自适应聚类分层协议是无线传感器网络中第一个基于分层集群的路由协议，它将节点划分为集群，在每个集群中专门用于具有额外特权的节点，称为簇头(CH)，负责创建和操作TDMA(时分多址)调度，并将聚合数据从节点发送到使用CDMA需要这些数据的BS。 |
ad hoc网络 |
| 传感器节点之间可以不通过基站进行通信，传感器网络应用可以是其中一种方法，也可以是两种方法的结合。例如，LEACH在将传感器节点分类到多个簇中，并根据算法选择其中一个簇的头。该集群头将一个节点管理后的进程被集群化，然后节点与sink之间进行通信。集群头就像一个基站。 |
节能的数据包发送无线链路 |
| 设x - bit表示物理链路上传输的数据包大小，设εu,v(x)表示发送节点u通过物理链路将长度为x的数据包传输到接收节点v(u.v)所节省的能量。ωu, v(x)表示接收节点v接收和处理u发送的长度为x的数据包所节省的能量。表示传输所节省的能量可以抽象为两个不同的部分，电路不包括发射机的功率放大器。功率放大器是产生数据在空中传输所需的输出功率。节能的方法是接收电路，包括接收器的低噪声放大器(LNA)。 |
节能路由协议的比较 |
| 在无线自组织网络中，为了获得更好的能耗、可靠性和运行寿命，使用了大量的路由协议。图I表示了几种路由协议，它们能够共同产生能源效率和可靠性。 |
| 我们进行了测试床实验来实现概要文件，也解开了助产士驱动程序中的两个主要错误，许多研究人员广泛使用它来构建基于802.11的系统。利用大型发射机和接收机轨迹数据库，利用自主开发的工具，研究不同传输速率下改变平均时间周期对剖面的影响[11]。 |
| 算法的可靠性特征如图2所示。与RMER算法类似，RMECR是另一种能够找到更可靠的路由的算法，与MRPC相比也有更好的结果。 |
网络模拟器 |
| 网络模拟是一种技术，程序通过使用数学公式计算不同网络实体之间的交互，或者实际捕捉和回放生产网络的观察结果，来模拟网络的行为。网络仿真在通信和计算机网络中起着至关重要的作用，在网络仿真中，程序通过使用数学公式计算不同网络实体之间的相互作用来模拟网络的行为。网络的行为可以在测试实验室中观察到。 |
| 网络模拟器软件预测计算机网络的行为。在仿真器中对计算机网络进行建模，然后对其性能进行分析。通常情况下，用户可以根据自己的特定需求定制模拟器。通常模拟器支持使用的协议和网络，如WLAN, Wi-Max, TCP, WSN，认知无线电。网络模拟器还可以提供其他工具，方便可视化分析。 |
实验结果 |
现有的模型: |
| 为了评价RMECR和RMER算法的性能，考虑节点均匀分布在正方形区域的网络。节点被假定为静态的。如果在报头和序言中没有错误，则检测到有效载荷方法。然而，如果有效负载被错误地检测到，数据包将被丢弃。增加传输范围可以减少数据包在到达最终目的地途中需要转发的次数。 |
| 图6.1为现有系统的能量图。在这种系统中，阈值只固定于节点的操作。自动考虑源节点和目标节点。当节点阈值降低时，将产生丢包。 |
| 图6.2表示现有方法的包交付比。该数字的比值将数据包发送到目的地。这说明了传递到目的地的数据的级别。在该方法中，模拟了分组传递比。当丢包增加时，比值值也会增加。 |
提出的方法: |
| 本文提出的基于节能寿命网络的方法用于创建节点，形成一组簇。报文数据已经下发到集群。PDR (Packet to Delivery Ratio)表示发送数据包的比例。 |
| 对于模拟过程，已经创建了阈值、源节点、目的节点和负载节点。对于仿真过程，源节点通过负载节点将源之间的数据传递到目标。负载节点在不同的过程中通过阈值变化。数据通过负载节点以集群方式传递。 |
| 报文数据已经下发到集群。PDR (Packet to Delivery Ratio)表示发送数据包的比例。对于仿真过程，源节点通过负载节点将源之间的数据传递到目标。 |
| 数据通过负载节点以集群方式传递。 |
结论 |
| 在无线传感器网络中，这些节点的运行可以限制电池的能量，有效的能量利用是非常重要的。该网络的主要特征之一是传输功耗与路由段密切耦合。在无线自组织网络路由中考虑了节能方法，传统的路由目标是尽量减少到达目的地所消耗的总能量。在本文中，路由问题被表述为最大化网络寿命。总结了现有的能量感知路由方案，并指出了一些常见的缺陷。能量感知路由的思想应该进一步丰富与无线环境中信令和移动性管理相关的能量开销。 |
数字一览 |
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参考文献 |
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- Nagy, A. El-Kadi，和M. Mikhail，“马奈的群集拥塞和功率感知路由协议”，第六期。通信网络与服务研究会议，2008年5月。
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- Misra和S. Banerjee，“MRPC:最大化无线环境中可靠路由的网络寿命”，《IEEE无线通信与网络会议》(WCNC ' 02)， pp. 800- 806,2002。
- 王强，M. Hempstead，和W. Yang，“无线传感器网络设备的实际功耗模型”，第三期。IEEEComm。Soc。传感器和Ad Hoc通信和网络(SECON ' 06)，第286-295页，2006年9月。
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- L.维尔马，S.金，S.崔，s - j。李，“802.11无线网状网络的可靠、低开销链路质量估计”，ieee第五Ann。通讯,Soc。传感器，Mesh和Ad Hoc通信和网络(SECON ' 08)， 2008年6月。
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- 张宏伟，AnishArora，和PrasunSinha，“数据驱动传感器网络的链路估计和路由”，IEEE通讯，第8卷，第5期，2009年5月。
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