无线传感器网络中联合路由优化的高能效链路调度

发布时间：2020-07-23 09:30

【摘要】：链路调度技术是提高无线传感器网络数据传输可靠性的重要途径.传统的链路调度算法主要关注如何寻找无干扰传输条件下的最小调度帧,而忽视路径选择对链路调度的影响,会导致部分链路的干扰集过大,降低了时隙复用性.针对这一难题,系统分析了链路调度与路径选择及网络能耗的关系,提出联合路径优化的高能效链路调度模型.为加快求解速度,首先通过变量删减及模型转化,提出基于整数规划的最优路由树构建算法;进一步,根据整数规划求解的路由树与链路需求,提出基于最大干扰度优先的启发式链路调度算法.大量仿真实验验证了本文算法的有效性.
【图文】：

初始时，50个感知节点随机部署在120*120的监测区域内，位于区域中心的37号节点为sink节点，其余为感知节点．设置Ｒc=ＲI=20，rt=2，rr=1，权重因子分别设置为α=0.6，β=0.4．图2展示了当网络中存在49个源节点，且各源节点具有单位时隙感知数据需要发送时，采用分支限界法进行整数规划求得的路由拓扑图，其中各链路上的数字表示该拓扑图下的链路编号．表1展示了基于给定拓扑图及链路需求，采用启发式算法各链路获得的时隙分配情况．从图2与表1可见，最终分配的链路时隙满足无干扰传输条件．使用启发式算法求解的总时隙数为72，稍大于整数规划求解的最小时隙分配数68．实验2考察不同网络规模条件下，链路调度周期与网络能量消耗随权重系数的变化情况．令网络中源节点数量分别为25与49，其他条件设置同实验1．考察在不同权重系数条件下，调度周期与能量消耗的对比情况，仿真结果分别如图3与图4所示．从图3及图4可见，随着源节点数量增加，相应调度周期与能量消耗也随之增加．同时可以发现，能耗加权因子的比重越大，相应得到的能耗值越小，调度周期则越长．实验3考察部署节点为10、15、25、35、45、55及65时，且网络中所有非sink节点均有感知数据发送时，本文所提算法与原始整数规划算法在求解时间上的对比情况．仿真使用PC机的主频为i7-26003.4GHz，内存为4GB．表2展示了不同部署条件下，采用启发式算法与原始整数规划方法在求解时间上的对比情况．从表2可见，采用整数规划方法对原始模型求解时，当部署节点数≤15时，直接使用整数规划尚能在可接受的时间范围内获得最优解．然而，随着部署节点数量增加，在非常长时间内(＞7200s)都不能获得可接受解．与之相比，本文所提算法通过削减模型中的变量数，能够?

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本文编号：2767144