国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
菜单在线刊号(2278-8875)印刷版(2320-3765)
在线刊号(2278-8875)印刷版(2320-3765)
Anku1，哈迪普·辛格2
|
| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
更多相关文章请访问国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
无线传感器网络是无线网络的一种。它主要由一组微小的设备组成，称为传感器节点，传感器节点具有资源约束，即电池功率、存储和通信能力。网络寿命是评价传感器网络最重要的指标。在资源有限的环境中，必须考虑到每一种有限资源的利用。网络只有在它被认为是活着的时候才能实现它的目的，但在那之后就不行了。因此，它是传感器网络能够提供的最大效用的指示器。能源因此，在资源有限的传感器网络中，效率是至关重要的。本文提出了一种增加中继节点数目以延长网络寿命的新方法。
关键字 |
| 传感器网络，中继节点，传感器节点，寿命和吞吐量。 |
介绍 |
| 这种无线传感器网络依赖于一个简单的等式:传感+ CPU +无线电=数千种可能的应用。无线传感器网络是无线网络的一种。它面积小，基础设施少。无线传感器网络基本上由许多传感器节点组成，这些节点被称为微型设备，它们一起工作来检测一个区域，获取有关环境的数据。传感器网络中的每个节点通常配备一个无线电收发器或其他无线通信设备、一个小型微控制器和一个能量源(通常是电池)。单个传感器节点的大小可以从鞋盒大小的节点到尘埃大小的设备。传感器节点的成本同样可变，从数百美元到几美分不等，这取决于传感器网络的大小和单个传感器节点所需的复杂性。传感器节点的尺寸和成本限制导致了相应的能量、内存、计算速度和带宽等资源的限制，其中能量是WSN节点最稀缺的资源。传感器网络中的每个传感器都有一个传感范围和一个传输范围。如果一个物体在传感器的传感范围内，传感器就可以发现它，如果两个传感器在彼此的传输范围内，它们就可以互相传输数据。 Routing, one of the most energy-expensive operation, is usually multi-hop (from the source, node to node, towards the destination), due to the polynomial growth in the energy-cost of radio transmission with respect to the transmission distance. |
| 无线传感器网络将大量部署在各种环境中，包括偏远和敌对地区，并具有特别通信。节点能量决定了传感器网络的寿命。如果某些传感器比其他传感器使用更频繁，传感器网络的寿命将会缩短，因为它们的电池电量很快就会耗尽。因此，传感器部署、算法和协议需要解决寿命最大化、鲁棒性和容错问题。因此，在传感器的部署中，网络拓扑结构非常重要。公平地说，如果可能的话，最好将传感器部署在相似的位置。也就是说，每个传感器都有相同数量的邻居。通过这种方式，假设任何节点成为源节点或目标节点的概率相等，由于网络拓扑结构，没有任何传感器会更频繁地用作路由器。此外，通信传感器之间应该有多条路径，以使网络更具容错性和鲁棒性。由于传感器节点的能量受限，为了提高网络[1]的寿命，有效利用电池的能量是非常重要的。 In most cases, sensor nodes rely on batteries for power. Since battery replacement is very difficult if not impossible, the sensors have to operate on an extremely frugal power budget. Even in some cases where the sensors gather renewable energy from the environment, the power budget remains very similarly, other resources such as communication bandwidth and computational power are also limited. Therefore, a sensor network that is efficient in the use of resources is required. In conventional routing algorithms, some nodes are constantly involved in forwarding data packets, hence more energy will be depleted among those nodes and the nodes will die much earlier than others causing disconnection of the network. |
 |
| 在传感器网络中，采集数据信息的节点称为接收器。接收器可以通过互联网与外界连接，在有限的时间内利用信息[2]。向整个网络广播信息会消耗更多的节点和更多的网络资源。它还消耗更多的能量和带宽[4]。因此，传感器节点携带的电力资源有限，不可替代;有必要设计一种节能技术来增加无线传感器网络的寿命。应该建立一种内在的权衡机制，以便最终用户选择以较低的吞吐量或较高的传输延迟[11]为代价来延长网络生命周期 |
相关工作 |
| Peyman Neamatollahi等人[4]解释说，集群是将网络组织成连接的层次结构、负载平衡和延长网络生命周期的有效方法。无线传感器网络中的聚类协议分为静态聚类协议和动态聚类协议。在静态集群中，集群只形成一次，并且集群头的角色在集群中的节点之间进行调度。然而，在动态聚类中，时间被分成几轮，聚类在每轮的开始执行。提出了一种混合聚类方法(HCA)。当一个簇头消耗了指定部分的能量时，它会间接地通知所有其他节点，因此，集群将在下一轮开始时完成。因此，集群是按需执行的。为了评估该方案的有效性，本文以著名的分布式聚类协议HEED作为基准实例。通过仿真结果，我们证明了使用HCA可以实现显著的节能。 |
| Jakob Salzmann等人介绍[5]是一种大型无线传感器网络，低能耗是一个重大挑战。因此，部署的节点必须尽可能高效地组织自身，以避免不必要的传感器和收发器操作。节能作业受网络任务的限制;通常，网络必须在其生命周期内保证完整的功能。本文的贡献是通过两种创新算法完成了功能感知和节能的聚类算法家族MASCLE。正如MASCLE算法所给出的那样，所提出的Hex-MASCLE算法结合了时间和空间网络碎片化的优点。与以前的方法相比，基本细胞的形状由正六边形给出，类似于蜂巢。在目前的工作中，提出并评估了具有自愈能力的基于六边形的聚类的两个可能版本。结果表明，传感器网络的应用显著提高了网络的寿命。此外，该算法对定位误差具有更强的容错能力。 |
| Ewa Hansen等人讨论了无线传感器网络对于发展节能基础设施非常重要。他们发现了基于簇的传感器网络中簇头之间的最小分离距离，通过降低能量消耗来延长网络寿命。他们进行了模拟，以确定传感器网络在分离簇头时消耗了多少能量。他们还讨论了能量消耗的影响，为一个给定的簇头之间的最小分离距离。结果表明，在簇头之间引入最小分离距离时，无线传感器网络的性能更好。通过比较基站接收到的消息数量来检查。 |
| K. Latif等[7]提出了一种基于静态聚类和基于最小距离的簇头选择的分治路由技术。网络区域在逻辑上被划分为小区域(集群)。老式的路由技术(如LEACH、LEACH- c)不如当前的集群技术(如分治方案)节能。分治方案的优点是与LEACH和LEACH- c相比，该方案在稳定周期、网络生命时间、区域覆盖和吞吐量方面都有更好的结果。但这个方案的局限性是,每个节点在路由在Os地区将其数据发送到初级水平集群头然后将聚合数据转发到中等水平集群头女士出现在二级水平集群头然后,聚合所有收集的数据并将数据转发给基站将导致更多的能源消耗的CH节点出现在中央广场和内部广场区域可能导致能源的洞,可能会导致数据路由问题。二级簇头，将所有收集到的数据聚合并转发给基站，这将导致中广场和内广场区域CH节点消耗更多的能量，可能导致能量空洞，可能导致数据路由问题。 |
| Vinay Kumar[8]在无线传感器网络中讨论了如何最大化传感器网络的生命周期，对于数据传输路径的选择方式是使该路径中的能量消耗最小化。为了支持高可伸缩性和更好的数据聚合，通常将传感器节点分组为集群。集群构成了层次化的无线传感器网络，传感器节点有效地利用了有限的资源，从而延长了网络的生命周期。他们给出了wsn中节能聚类算法的分类，并给出了LEACH及其后代在wsn中的时间轴和描述。 |
系统模型和假设 |
| 由50个传感器节点组成的传感器网络。所有节点随机部署到固定区域。本阶段的第一步是绘制800*800 m方形区域内的传感器节点。包括基站在内的传感器节点部署在二维图中。最初，每个节点的能量约为80焦耳。在现有技术中，假设我们有一个角节点，它希望通过中间节点与sink通信。首先，它向最近的集群的簇头发送请求。然后这个集群头进一步将数据发送到它最近的可用区域。部署在汇聚节点附近的节点包括参与与汇聚节点通信的主节点和中间节点。当接收器附近的节点电池出现故障时，通信就会停止。 Because sink node can communicate only with the help of region nearby node not directly. The main reason is that nearest sensor nodes are out of range of sink. So battery degrades and communicate stop as shown in fig.2. To overcome this problem relay nodes will be used instead of sensor nodes. |
 |
使用中继节点路由: |
| Os不包含中继节点，区域Os的传感器节点将数据转发到它们的CH, CH将数据聚合并转发到区域Ms的中继节点，然后再将数据转发到Is区域的中继节点，然后再将数据转发到基站。 |
| Ms的传感器节点将数据转发给CH, CH再将数据转发给Is区域的中继节点，中继节点再将数据转发给基站。 |
| 与Ms区域相比，Is区域将包含更多的中继节点。这些中继节点将接收来自中间方格区域的中继节点和来自中间方格区域的簇头的数据，然后转发到基站。 |
| 因此，集群头与中继节点之间、中继节点与中继节点之间进行通信 |
| CH (Is)节点或CH (Ms)节点或CH (Ms)节点将数据发送到哪个中继节点取决于通信距离最短。 |
 |
仿真分析 |
| 网络模拟器-2 (NS-2)是一个运行在类unix操作系统上的开源仿真工具。它是一个针对网络研究的离散事件模拟器，为模拟路由、组播协议和IP协议(如有线、无线和卫星网络上的UDP、TCP、RTP和SRM)提供了大量支持。网络模拟器(NS)是一种针对网络的离散事件模拟器，是VINT (Virtual Internetwork test bed)项目组开发的一个模拟程序。它支持模拟TCP和UDP，一些MAC层协议，各种路由和组播协议在有线和无线网络等。仿真是向我们展示模态实际嵌入网络时的行为的技术。模拟有线和无线网络功能和协议，如TCP, UDP和路由算法，可以使用ns2[11] |
仿真参数 |
 |
仿真结果 |
| 仿真结果如下图所示。图4为传感器网络中仿真时间与网络寿命的关系，图5为接收数据包的仿真时间与吞吐量的关系。 |
 |
| 从上图可以看出，与新技术相比，现有技术的网络寿命更短。这里红线表示现有技术的网络寿命较短，绿线表示网络寿命较长。结果表明，该技术优于现有技术。 |
| 下图显示了吞吐量的仿真结果。 |
 |
| 上图显示，与新技术相比，现有技术的吞吐量更低。这里红线表示现有技术的吞吐量较低，绿线表示吞吐量较高。结果表明，该技术优于现有技术。 |
结论 |
| 本研究的主要目的是探讨无线传感器网络的各种挑战和技术。我们着重于分而治之的技术，并提出了一种新的技术。我们相信本文所讨论的算法将给各个研究学者带来益处。实验结果表明，与现有技术相比，该技术具有更好的网络寿命和吞吐量。结果表明，该传感器网络的功能寿命有了显著改善。 |
参考文献 |
|
