无线传感器网络含有电池供电装置.docVIP

A Centralized Energy-Efficient Routing Protocol for Wireless Sensor Networks Abstract 无线传感器网络含有电池供电装置。一旦设置好了，对于用户来说，小传感器节点是难以接触的，因此重新布置电源是不可行的。所以提高网络寿命中能效是一个关键的问题。一些网络层协议希望在有限的电源供应下能有效的提高网络寿命。本文提出一个中心路由协议，基站控制动态簇协议，他把能源均匀的分配到所有的传感器节点以提高网络寿命和节约能量。相比于基于簇协议的设计，如低功耗自适应集簇分层型协议LEACH），集中式LEACH协议（LEACH-C），传感器信息采集系统能效采集（PEGASIS），仿真结果显示本协议更有效的降低整体功耗和提高了网络寿命。 介绍 在无人值守的环境中，无线传感器网络含有几百几千个低功耗多功能的传感器节点，仅有有限的计算和传感能力。低功耗无线集成微处理器技术的发展使得这些传感器得以大量的应用。相比传统的传感器，传感器网络为布局的简易性和多功能性提供了一个灵活的方向。传统的传感器，节点的布置和网络拓扑需要预先确定和仔细设计。然而，现代无线传感器网络，其紧凑的物理尺寸允许大量的传感器节点任意布置。另外，节点能够执行其它功能如数据处理和路由。 为了利用无线传感器网络的这些优点，需要声明一些相关限制。实际上，最小化功耗是传感网络协议和算法的关键要求。网络设计也有其它要求，容错性，可量测性，成本和可靠性等。 由于要把大量的低功耗的节点组成一个网络，传统的技术如从任意特定节点直接发送到较远的基站是不可行的。直接发送协议中，基站是作为用户最终能够访问传感数据的所有其它节点的目标节点。当传感器节点直接发送数据到基站，其能量损耗可以是非常大的，这取决于其到相关基站的距离。。这种情况下，较远的节点相比较近的节点能量损耗得更快。另外，采用一个传统的多跳路由设计，如最小发送功耗协议（MTE）也会得不到想要的效果。MTE中，最靠近基站的节点将很快耗光其能量，因为他们忙碌于大量的数据信息到基站的路由寻址。 目前已经提出一些协议来缓解这类问题。集中式数据路由是一个较为通用的方法，它基于属性寻址来执行采集传感任务。其传感器节点是根据从另一个节点到源节点的效率分布而分布的。传感器信息一致协议（SPIN）和直接传播协议是两个基于集中式数据路由的网络层协议。SPIN中，发送数据的传感器节点发送广播，通知相邻节点，只发送实际数据到感兴趣的节点。为 降低广播中的能耗，协议采用数据表示符，其在更小的数据大小里描述了实际的传感数据。然而直接广播协议采用与集中式数据路由略为不同的类型。协议中，接收器广播interests到所有节点。每个节点存储其interest，利用interest描述符内的梯度区域来识别到接收器最合适的路径。这些路径将用于源节点和接收器之间的通信。 尽管集中式数据路由协议提供了一个稳定的具有鲁棒性的解决方案，但是依然有其缺点。最坏的情况是，SPIN和直接广播在诸如通知、请求、梯度设置都等动作中耗费了大量的功率。进一步而言，花费在这些动作的大量时间将不适合一些应用场合。这类场合中更有利的方案是基于簇的协议。簇协议中，节点按簇分组，簇头采集、处理和发送数据到簇内的所有节点。基于簇协议的应用可以减少发送数据前的簇头执行数据融合时需要发送信息的数据大小。另一个关键的优点是获得了带宽的可重利用，增强资源定位和提高功率控制。 然而，无线传感器网络的传统基于簇协议的应用并未提高网络寿命，因为传统的簇设计是假设簇头是固定的，因此要求他们成为了更耗能量的节点。为了改善这个问题，提出了低功耗自适应集簇分层型协议The key ideas in BCDCP are the formation of balanced clusters where each cluster head serves an approximately equal number of member nodes to avoid cluster head over- load, uniform placement of cluster heads throughout the whole sensor field, and utilization of cluster-head-to-cluster- head (CH-to-CH) routing to transfer the data to the base station。下述讨论显示，相比上述基于簇的路由协议，BCDCP提高了系统寿命和能源节约。文章组织如下，描述BCDCP的网络和射频模型，描述BCDCP协议的细节，仿真结果及结论。 Network and Radio Mode