文摘

能源问题是无线传感器网络最重要的一个问题。它们包括低功耗传感器节点和基站节点。他们必须适应和有效数据传输的各领域。本文提出一个aware-routing协议基于集群和递归搜索方法。本文关注的是能源效率问题等各种措施延长网络的生命周期以及降低传感器节点的能量消耗和提高系统的可靠性。我们建议的协议由两个阶段组成。在第一阶段(网络开发阶段),传感器被放置成虚拟层。第二阶段(数据传输)相关的路由发现和数据传输是基于virtual-based Classic-RBFS算法在能源问题环境的湖,但在nonchargeable环境,所有节点在每一层可以建模为一个随机图,然后开始管理的责任周期的方法。此外,该协议使用新的拓扑控制、数据聚合和睡眠/唤醒模式网络的节能。仿真结果表明,该协议是网络中最优一生和数据包传递参数根据本协议。

1。介绍

无线ad hoc网络被认为是一个伟大的自治系统技术的发展。他们分为两个大类,所以其中一个是无线传感器网络(网络)。这些网络发挥了重要作用在智能系统的发展,因为他们是便宜,可伸缩的,灵活的。这些网络包括大量的廉价、小型传感器节点和基站(BS)或水槽的传感器节点电池有限,吞吐量,和记忆1)和敏感通道控制(2]。这些节点与低功率感应设备装备动员部署在动物,鸟类,植物,或者人类达到更好的目标和数据保真度。它们形成一个无线网络通过创建一个通信系统中。然后,传感器节点感知和处理这种现象并将结果发送到b或下沉。网络可以用于不同的应用,如军事应用、森林、监测系统、农业和医药。尽管这些网络的各种应用程序,他们受到资源限制能源和记忆。因此,研究人员更关注系统的约束和资源和目标之间的平衡问题当他们想设计任何网络应用程序的模型。最重要的一个制约因素是能源问题3]。有两种类型的传感器节点之间的能量消耗。首先是能源消耗在通信和第二个是消费计算。显然,根据消费计算通信消耗更多的能源。因此,减少沟通成本是一个重要的问题。研究者提出不同的方法这一目标,如能源效率通过路由技术,数据聚合和工作循环技术。有时候,有一些系统目标之间的冲突等可靠性和节能。如果系统设计师想要的高可靠性性能,传感器节点将浪费更多的能源。因此,设计师必须小心平衡问题在网络(3]。

通信架构和协议栈的基础有五层,三个平面(1,4]。这些层物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。飞机飞机电源管理、移动性管理平面,平面和任务管理。一个重要的层是网络层。网络层处理收集到的数据从源节点到目标节点。路由协议在网络比传统的路由协议在某些方面是不同的。例如,他们不使用ID-addresses或修复路线模式在路由过程。因此,基于ip的路由协议在网络不能使用。路由协议应参加网络资源的局限性在能源、通信带宽、内存和计算能力。正确地管理这些限制可以提高网络生命周期。 Additionally, a routing protocol can consider faulting tolerance, latency, data aggregation, energy efficiency, and providing internetworking with external networks-gateway principles [3,6]。应该注意的是,数据链路层处理两个节点相互交流和网络层负责决定哪些节点谈判(4]。

许多任务上面的层可以通过设计一个aware-routing协议和考虑的重要性,系统目标和资源之间的平衡问题。在本文中,我们提出了一种新的aware-routing协议基于递归搜索方法和实现农业和大学环境监测。路由算法的一个重要目标是能源效率的选择路径可以提高网络的生命周期。在大多数应用中,传感器节点可以聚合数据和发送数据包到BS /下沉。在多次反射网络,一些传感器节点的中间节点两个节点之间的数据传输。图1显示了一个示例基于集群网络的数据转发。这些合作者节点称为中间节点。发现优化路径的方法和选择的中间节点路由协议的主要任务。

剩下的纸是组织如下。部分2描述了在无线传感器网络路由协议相关工作。部分3细节的结构提出了协议。节4,我们列出了模拟参数和分析结果。最后,给出了结论部分5。

2。相关工作

目前很多算法和路由协议可以分为三组,如图2。

flat-based路由,节点self-data转发到其他节点或BS /水槽由单一或多次反射的方法。网络中的每个传感器节点具有相同的作用。如前所述,在WSN结构的ID是不习惯,因为他们由大量的节点。因此,BS /水槽将等待从传感器节点接收答案当广播任何查询所有或选定的区域的网络(8]。因此,在整个网络冗余高,会消耗更多的能量。这个问题可以解决数据聚合技术(1]。flat-based路由研究案例提出了许多协议,如旋转(9),定向扩散(DD) [5o] [10],GBR [11]。

flat-based路由协议是最适合特定的应用,如事件检测。如果这种类型的路由协议是应用于monitoring-based应用程序,然后准确的数据有些怀疑,这并不代表真正的环境条件在传输数据包。这个问题在大规模网络或传输延迟是不能接受的。因此,flat-based路由协议消耗大量能源,因为大量的节点参与数据传输阶段,网络中的任何节点都有相同的作用。在图3三个模型,我们提出了路由技术。在模型中,每个节点发送它的感知数据直接没有中间节点水槽。这个位置会导致浪费能源在整个网络。模型B是flat-based路由技术的改进,利用多次反射方法,发送数据请求或响应查询。这个模型能显著降低能耗,但在一般情况下,它不能达到能源效率。研究人员工作的能源效率因素比其他协议基于层级结构的路由协议。他们提供了一个新的模型,网络配置,并命名为hierarchical-based路由算法。本文提出一个aware-routing协议基于分层方法。我们的方法的基础是集群和使用CH节点集群之间的一个接口。CH节点可以与其他CHs或水槽除了节点在同一集群。 Hence, sensor nodes are not involved in retention of routes between source nodes and sink. Generally, CHs use a CSMA MAC method and each node chooses a cluster to which it will belong and it is calculated based on the received signal strength or its distance to the CH node. Under the same conditions, a node randomly selects a CH node and cluster. CH nodes compute a TDMA schedule for data transmission in clusters. After that, each node will know how and when it can send its data to other members. The schedule is broadcast to all nodes in the cluster except the CH node. The sensor nodes will send their data packets to CH nodes after formation clusters and allocation schedule mechanisms [6]。网络生命周期增加,路由协议网络转换为能源效率的方法。许多协议提出了类别如HEED-NPF [12],Improved-LEACH [13],FTIEE [3],New-LEACH [14],EE-LEACH [15],和萨尔玛[16]。

轮,几乎每一个路由协议需要传感器节点的位置信息。它从两个特殊节点之间的距离计算。相邻节点的坐标得到使用邻居之间的交流的一些信息。如果解决方案一个传感器网络,不知道可以访问一个高效节能的路由协议。几乎,莫奈的作品中提出了基于位置的路由协议(17]。然而,它们也非常适用于网络,少或没有流动性。可以可及节点的位置与GPS或通信卫星直接但他们并不便宜。可以获得更多的节能定位协议通过维护多个节点的睡眠模式。调度问题的睡眠时间为每个节点设计本地化的方式被解决(6]。等这类协议提出了GAF [18),齿轮(19],EEAR [20.]。

3所示。设计Aware-Routing协议基于递归的最佳优先搜索算法(AR-RBFS)

在拟议的协议,数据传输是基于混合模型和路由发现是基于查询模型(6]。路径已被发现的相关协议选定目的地节点通过下沉。然后,收集的数据可以被一个完全时间驱动,项目基于查询,或基于事件的方法。此外,混合模型是可能的。例如,监视应用程序中的一个完全时间驱动方法项目,基于事件的方法在军队的目标跟踪应用程序,和栖息地的监控应用程序可以使用查询驱动方法。在基于时间的方法中,每个节点定期发送数据包。事件——和基于查询的方法,如果发生了一个事件或一个查询是通过BS /沉到所有传感器节点,将实现数据传输网络。数据交付是路由算法的一个重要参数。拟议中的协议是实现两个阶段,下面讨论。

3.1。网络部署阶段

网络中传感器节点之间的通信必须清楚在完成传感器的分布在一个环境。在第一阶段中,传感器节点将部署环境中,他们将在整个网络中运行。在第二个阶段,基于工况环境可能需要重新部署的节点由于高可能性的网络结构的不断变化,拓扑,和重新部署问题。基于集群的网络结构,它将显示为网格。网络的部署是根据下面的方法完成的。这个方法是有效的,它是相同的两个案例研究的环境。水槽广播兴趣消息数据包后,传感器节点部署传感器节点的环境。这个包包含利息跳字段默认值为0。传感器节点接收数据包,然后每个节点添加一个单位利益利益跳跳值并保存这个值。节点有相同的兴趣跳值将被放置在同一层。 When the sink broadcasts the packet, it is only received by neighbors of the sink and then these neighbors broadcast it to their neighbors. This process is to be continued until all sensor nodes receive the packet. If the sensor nodes with interest hop value get any interest packet again, they remove the packet. Figure4显示的第一阶段提出的协议。节点放置在虚拟层是基于亲近水槽和啤酒花的数量。第一个阶段是在步骤完成所以所有层中创建网络。network deployment所示算法的伪代码1。

3.2。数据传输阶段

我们建议的协议(AR-RBFS)采用以数据为中心的路由模式流数据包通过多层路由发现的水槽。它是基于意识到搜索算法。假设我们G部署我们的网络和目标节点,如图5。选择这个节点通过水槽和通知网络节点是基于一个查询。在这种情况下,启发式值()计算所有节点和为每个节点保存路由表是暂时的。每个查询消息包有一定的一生所分配的下沉。这种技术可以避免循环和能量和带宽浪费。计算基于启发式值直接距离成本每节点到目标节点。

这个阶段的AR-RBFS有两个不同版本。其中一个是适用于可充电的环境。所示(1)。它创建了一个树基于递归搜索方法寻找水槽和目标节点之间的最佳路径。它有相似搜索算法。阶段的目的是要找到最好的邻居和航线目的地节点。如果应用程序环境电气安装,我们没有一个能源问题。在这种情况下,我们的算法是运行在第一个场景中描述(1)。在这个场景中,递归算法中使用的协议,它允许传感器利用自记忆继续优化。我们在每一步算法选择一个更好的路线,还维护第二最佳路径(并不是所有的路线)。一个示例的所有步骤如图路由发现算法6。的步骤是相同的,只有两个版本的启发式值计算不同于对方。计算第二个场景是基于启发式值(2)。考虑以下: 在哪里是启发式的成本和是路径成本使用。例如,在图5,是6 1 B和2 h之间和启发式的成本从B到目标节点(G)是11.3。

如果容许启发式值,该算法将健壮。然而,它仍然有一个问题在节点再生,因为它限制了内存。Classic-RBFS [7)算法在最佳优先顺序扩展节点即使非成本函数。Classic-RBFS是一个递归算法,使用启发式和值。从根路径成本”,“Classic-RBFS比类似的方法。算法伪代码所示2。

当应用程序环境没有能源问题,我们可以使用Classic-RBFS算法在路由发现和修改所述[7]。但是它不能用于环境能源问题。因此,我们需要另一种方法路线发现。在这种情况下,新算法使用中间节点函数在(2)。在这个方程中,我们必须考虑每个传感器节点的能量水平()。考虑以下:

此外,节点需要一定量的能量交流。例如,如果任何节点的能量大于1 nW,那么节点可以与邻国基于通信(2)。否则,节点无法合作路线搜索过程。因此,能源问题是重要的环境很难。节能AR-RBFS协议是基于责任周期的方法。在这种状态下,每一个虚拟层的所有节点可以建模为一个随机图21]。这种方法是基于责任周期的方法。工作周期的概念方法是最小的维护活动节点能源效率(22]。事实上,责任循环方法关注网络子系统。节能的一个好方法是使用空闲的传感器节点的睡眠(低功耗)模式。拟议中的协议创建一个完整的连接拓扑所有活跃节点在每一层。本协议使用一个虚拟层结构和它试图保持网络连接通过保持足够数量的传感器节点在每一层为代表节点主动模式。这些活跃节点与他们的睡眠会有沟通的邻居节点在同一层。按照这个目的,协议使用了两个参数。其中一个是显示时间的时候骑自行车。另一个变量是它定义了内部沟通的程度。每个节点可以接收时睡眠模式多的任务改变消息从活跃的邻国。本文建议的方法是基于拓扑控制技术,它使用一些参数有效的数据传输。

数量的活跃节点和通信网络的增加而增加的价值参数。为了这样做,每个节点的位置考虑时间和持续时间。等待期间任何节点时间,在这段时间的睡眠模式。分布均匀,其值的范围。这一次之后,节点转换为主动模式和self-neighbor发送你好消息。它再次进入睡眠模式在接收到响应的邻居。是基于的响应值和时间节点是不同的。的和参数保证网络的连通性。每个活动传感器节点发送你好消息包睡邻国(图7)。然后,它听你好消息发送的其他节点。假设的价值参数是三个,我们说明算法的操作风格图8。的值和有关我们的环境条件和参数以及我们的系统目标。事实上,一个节点将接收一个答案后的睡眠模式的三个相邻的节点在同一层。

每个节点都有等待时间()和周期时间()。当接收到激活你好消息从邻国,它转换模式活跃。活动节点将在激活模式时间。激活消息数量达到参数。例如,在图8的价值,是“3。“事实上,每个节点在出版活动发送自己的你好数据包,然后去完成它的时间后睡眠模式。

在这个场景中,睡眠节点在路由发现过程不能AR-RBFS算法,但这些节点可以接收数据包发送给他们的邻居主动节点当他们变得活跃。传感器节点的接收模式是活跃的任何时候,即使节点处于睡眠模式。在图所示的场景9。

4所示。模拟

在AR-RBFS协议的仿真,AR-RBFS协议结果与HEED-NF相比,EE-LEACH,萨尔玛协议。输出参数网络寿命和平均分组交付。同时,每个传感器节点的输入参数初始能量,广播和传感器能耗、传输和接收/感觉过程成本,和缓冲区大小(表1)。在模拟场景中,传感器节点不移动,他们有类似的架构和设计基础。传感器节点收集传感现象,提出他们对BS /水槽通过中间节点多次反射的方法。AR-RFBS如图的快照10。在这个图中,虚拟层方法可以出现。该协议可以在边境安全等领域。

模拟是基于两个不同的场景。第一个场景是发达的节点有一个无限的能量来源或easy-to-recharge电池。他们收取的环境能源如电力设施。另一个场景是为低功耗能源环境。

结果表明,AR-RBFS具有良好的性能在网络寿命和平均分组交付率。它可以增加使用数据聚合节能因素,拓扑控制和睡眠/唤醒方法。网络生命周期直接相关节点的数量。网络生命周期会更好当我们使用多个传感器节点。我们可以说,随着越来越多的节点收到的数据包的数量增加,但包交付率几乎是减少的,因为一些因素例如增加节点密度、跳数、节点失效概率是有效的。数据11和12仿真结果显示三个协议,并提出了两种基于场景的协议。

5。结论

摘要提出了一个基于AR-RBFS的路由协议的设计在WSN在两个不同的场景。它是用来评估无线传感器节点的能耗和数据包交付率。该算法计算的优化路径路由数据包沉到目标节点。基于集群的结构和使用新的基于工作周期的节能技术帮助的网络有很好的性能输出参数(网络寿命和平均分组交付率)。自路由数据包通过一个优化的路径,传输所需的能量将减少;因此,提高系统运行的生命周期。仿真结果表明,提出的基于AR-RBFS改善在WSN比萨尔玛的节能,EE-LEACH, HEEP-NF路由算法。因此,该算法比现有算法。拟议中的协议这两种环境中可以实现在各种应用程序,比如农业。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。