基于占空比的分布式能量中性分簇路由协议
发布时间：2021-02-05 07:42
针对太阳辐照下能量收集能力异构的无线传感器网络,提出一种基于占空比的分布式能量中性分簇路由协议.在协议中,节点结合太阳辐照强度的预测值和自身能量转化效率得出能量收获能力,并通过遵循两个占空比维持能量中性.首先从网络中选择满足簇头占空比的节点定义为临时簇头集,以均衡网络能耗,保证节点能量中性.其次从临时簇头集中选出一组分布均匀的最佳簇头,可有效减少能耗,提升吞吐量.最后成员节点根据数据传输占空比调节发送数据的频率,以求得到最佳的能耗效率.通过仿真分析,该协议理论上可达到无限长的网络生存期,相比其他协议在提升网络吞吐量和降低簇失败次数方面有明显的优势.
【文章来源】：微电子学与计算机. 2020,37(10)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同数据包生成速率下平均每轮簇失败次数
EN-LEACH协议使用网关节点来分担簇头节点的压力,保证了节点能量中性状态,但该协议在集群中选取中继节点的方法不合理,且随着数据包生成速率的增加,选择中继节点的机制将进一步加剧能量的消耗,增加簇失败的次数.EP-LEACH协议没有建立能量中性约束,在能耗较大的情况下使用势能函数无法准确判断簇头节点能量状态,簇失败次数大幅增加.在数据包生成速率较低的情况下,EA-Clustering协议使用神经网络预测本轮收获能量有较高的精确度,随着数据包生成速率的提升,节点同时维持数据传输和神经网络导致能耗巨大,当数据包生成速率超过0.75 packet/s时,其平均每轮簇失败次数大于其他三种协议.图2表示当数据包生成速率为0.5 packet/s,监控区域面积从1×104 m2向5×104 m2逐步增加时,四种协议平均每轮簇失败次数的变化趋势.可以看出,随着监控区域面积的增大,节点通信消耗不断提升,平均每轮簇失败次数也随之增加.当监控区域面积小于4×104 m2时,DENDC的平均每轮簇失败次数明显小于其他三种协议,这得益于DENDC协议通过改变占空比来维持节点能量中性状态,有效降低了簇失败次数.当监控区域面积达到5×104 m2时,四种协议的簇失败次数相差不多,这是因为以上四种协议都是基于单跳通信方式设计,当簇头节点长距离向基站发送消息需要耗费大量能量.DENDC协议更适合监控面积小的网络.
本文除了研究协议如何保证能量中性状态,同时也探求如何可以增加网络吞吐量,提升网络的能耗效率.图3表示在500轮的数据传输中,四种协议在不同的数据包生成速率下的平均每轮网络吞吐量对比.DENDC协议的平均每轮网络吞吐量明显高出其他三种协议,尤其是在数据包生成速率超过0.75 packet/s时.这是因为DENDC协议在维持节点能量中性的前提下,成员节点可以根据数据传输占空比灵活调节发送数据的频率.虽然DENDC协议为了维持能量中性状态而降低成员节点发送信息的频率,但其减小了平均每轮簇失败次数,从而保证了较高的网络吞吐量.EA-Clustering因为数据包生成速率提升后能耗急剧增大导致网络吞吐量增长速率减慢,数据包生成速率超过0.75 packet/s后,其吞吐量小于其他三种协议.5.2.3 平均每轮节点能耗
【参考文献】：
期刊论文
[1]An Efficient EH-WSN Energy Management Mechanism[J]. Yang Zhang,Hong Gao,Siyao Cheng,Jianzhong Li. Tsinghua Science and Technology. 2018(04)
本文编号：3019269
【文章来源】：微电子学与计算机. 2020,37(10)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同数据包生成速率下平均每轮簇失败次数
EN-LEACH协议使用网关节点来分担簇头节点的压力,保证了节点能量中性状态,但该协议在集群中选取中继节点的方法不合理,且随着数据包生成速率的增加,选择中继节点的机制将进一步加剧能量的消耗,增加簇失败的次数.EP-LEACH协议没有建立能量中性约束,在能耗较大的情况下使用势能函数无法准确判断簇头节点能量状态,簇失败次数大幅增加.在数据包生成速率较低的情况下,EA-Clustering协议使用神经网络预测本轮收获能量有较高的精确度,随着数据包生成速率的提升,节点同时维持数据传输和神经网络导致能耗巨大,当数据包生成速率超过0.75 packet/s时,其平均每轮簇失败次数大于其他三种协议.图2表示当数据包生成速率为0.5 packet/s,监控区域面积从1×104 m2向5×104 m2逐步增加时,四种协议平均每轮簇失败次数的变化趋势.可以看出,随着监控区域面积的增大,节点通信消耗不断提升,平均每轮簇失败次数也随之增加.当监控区域面积小于4×104 m2时,DENDC的平均每轮簇失败次数明显小于其他三种协议,这得益于DENDC协议通过改变占空比来维持节点能量中性状态,有效降低了簇失败次数.当监控区域面积达到5×104 m2时,四种协议的簇失败次数相差不多,这是因为以上四种协议都是基于单跳通信方式设计,当簇头节点长距离向基站发送消息需要耗费大量能量.DENDC协议更适合监控面积小的网络.
本文除了研究协议如何保证能量中性状态,同时也探求如何可以增加网络吞吐量,提升网络的能耗效率.图3表示在500轮的数据传输中,四种协议在不同的数据包生成速率下的平均每轮网络吞吐量对比.DENDC协议的平均每轮网络吞吐量明显高出其他三种协议,尤其是在数据包生成速率超过0.75 packet/s时.这是因为DENDC协议在维持节点能量中性的前提下,成员节点可以根据数据传输占空比灵活调节发送数据的频率.虽然DENDC协议为了维持能量中性状态而降低成员节点发送信息的频率,但其减小了平均每轮簇失败次数,从而保证了较高的网络吞吐量.EA-Clustering因为数据包生成速率提升后能耗急剧增大导致网络吞吐量增长速率减慢,数据包生成速率超过0.75 packet/s后,其吞吐量小于其他三种协议.5.2.3 平均每轮节点能耗
【参考文献】：
期刊论文
[1]An Efficient EH-WSN Energy Management Mechanism[J]. Yang Zhang,Hong Gao,Siyao Cheng,Jianzhong Li. Tsinghua Science and Technology. 2018(04)
本文编号：3019269
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