基于正方形网格能量模型的能量均衡策略.pdf

2010年第4期
工业仪表与自动化装置
基于正方形网格能量模型的能量均衡策略
全巧艳,邓宗白
(南京航空航天大学航空宇航学院,南京210016)
摘要:延长网络生命周期是无线传感器网络的一个重要的目标。不均衡的能耗在很大程度上
影响了网終生命周期。在正方形网格能量模型的基础上,使传感节点以一定的概率直接传输到基
站节点或经过中继节点多跳传输到基站,提出基于能量均衡消耗的延长无线传感网絡的生命周期
的算法,并进行了相关的计算推导
关键词:无线传感器网络;能量均衡;网络生存期;传输概率
中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号:1000-0682(2010)04-0007-03
Energy balanced strategie based on the square grid energy model
QUAN Qiaoyan, DENG Zonghai
College yf Meruspace Engineering, Nanjing Universiy of Aeronautics and Astronautics, anjing 210016, Chin
Abstract: Prolonging the network lifetime is a wireless network sensors important target. Not even
energy consumption has affected the network lifetime to a great extent. Suggesting the network lifetime al
gorithm that prolongs the lifetime of sensor networks based on the square net lattice energy model, to
make the sensor node arrive at the base station direct transmission or transfer by the trunk node to base
station with certain probability, and then the relevant calculations are derived
Key words: wireless sensor networks; energy even; network lifetime; propagation probability
0引言
北京科技大学的樊勇等人提出了一种实现各节点能
量均衡消耗的中继节点多级摆放策略,研究了如何
无线传感器网络是一门新兴的有广泛应用前景通过调整中继节点的摆放位置和转发数据量,使传
的网络技术。在无线传感器网络中,存在某些节点感器节点和中继节点在每一轮的数据传输中消耗相
因为某些原因(如传输距离过长、负载过重等原因)同的能量。文献[5]提出了关闭冗余节点的无线
消耗了过多的能量而造成过早死亡的问题。当这些传感器网络拓扑控制算法,但未能有效解决休眠节
节点能量消耗殆尽,网络崩溃时,仍然还有许多节点点的唤醒问题,网络能量不均衡,利用率不高。文献
剩余大量能量而不能得到利用,这就造成了资源的[6]提出了基于区域划分集合的思想,将所有传感
浪费。因此如何高效地利用节点能量延长网络的寿器按区域进行划分,在一定程度上解决了网络能量
命是无线传感器网络技术研究的核心内容之均衡问题,但区域划分计算过于复杂,难以进行扩
展。以上的研究有的是基于平面的圆形网络模型
日前,关于传感器网络节能均衡算法的硏究较有的是研究网络拓扑算法,但是在实际应用中传感
多,为平衡能量损耗并用网络生存期最大化,中国海器节点一般是随机均匀部署到监测区域,因此研究
洋大学的任丽婕等提出了一种无线传感器网络基于方形网格网络模型的延长无线传感网络的寿命
(WSNs)中基于能量平衡的节点部署算法。该算法有一定的实际应用意义。
基于距离调整网络部署,也就是根据不同位置的节
点能耗调整节点的间距,从而优化网络生存期81。1网络能量模型
收稿日期:2009
选择一个传感器网络,其中传感器节点均匀独
作者简介:全巧艳(1984),女,河北石家庄人,士研究生,研究立地分布在平面半径为R的圆面上.。Sink位于圆
方向为计算机测控,无线传感器网络。
心,负责从各传感器节点收集数据。该文研究了这
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种传感器网络的能耗均衡问题。整个网络被一个圆
2)节点分布是一致的,密度足够高。
面覆盖。从Sink所在的圆心开始,用一种正方形方
3)节点可以通过调节到接收方之间的距离来
格去覆盖圆面。每个网格的侧边长是L。包含了调节传输功率,而且所有的传感器有足够的能量与
Sink的网格为中心网格。每个网格周围都有相邻网Sink直接通信。Sink的能耗不在研究的范围之中。
格。中心网格周围的网格称为方格环面1( slice)
4)使用传统且成熟的MAC协议。例如CDMA
沿圆心向外网格环面ー1周围的网格为第立个环协议,它可以实现多向同时传输,避免干扰7?。
面,称为方格环面i( slice i),它朝向Sink方向与蜂
传感器网络的大部分能耗来自于通信,通信所
窝环面-1( slice i-1)相邻,如图1所示。
消耗的能量比感知和计算所消耗的能量要大得多,
因此节点在进行运算、存储和睡眠时所消耗的能量
以忽略不计。该无线通信模型给出了一个阈值
do(do为一常数,其值取决于使用环境),当发送节
点与接收节点的距离小于dω时,发送数据所消耗的
?
能量与发送距离的平方成正比,否则与距离的四次
方成正比,这2种量衰减模型分别称为自由空间模
(enlarge)
型和多路衰减模型。因此可以根据节点之间的距离
使用不同的能耗模型來计算发送数据所消耗的能
图1网络能量模型
量。接收方接收ん比特数据所消耗的能量为
环面有如下特性
k(E。
,2)(d1)方格环面里的方格总数为8i;
k(E+ed)(d=d)
2)方格环面总数n与边长L、圆的半径R的关
在上面的公式中,E表示无线电收发电路所
系为:R=(n+1/2)o
消耗的能量。ω的典型取值为75m,E的取值为
2无线传输模型
50nl/bt,esea的取值为10 pJ/bit?m-2,eop的取
值为0.001pI/bit?m-48。
传感器节点与Sink的通信是通过多跳传输或
者单跳直接传输来建立的。在多跳传输中由于距离3能量及传输概率分析
Sink近的传感器节点比距离Sink远的传感器节点
因为每个 slice i中有8i个单元,每个单元面积
需要转发更多的数据,从而消耗更多的能量导致距
是2, slice i I的面积:S2=8i。
离Sink近的传感器节点提前死亡。在单跳传输中
单跳传输范围(从第1个环面到第个环面的
当发送节点与Sink节点的距离很远时,发送数据所
消耗的能量与发送距离的平方甚至四次方成正比,
最远距离):=V(+1)2+1l
需要消耗很大的能量,使得距离Sink远的传感器节
点提前死亡。为了使传感器节点的能量能够尽可能
?
的同时消耗完,使能量消耗更均衡,需要转发环