針對太陽輻照下能量收集能力異構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),提出一種基于占空比的分布式能量中性分簇路由協(xié)議.在協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)結(jié)合太陽輻照強(qiáng)度的預(yù)測值和自身能量轉(zhuǎn)化效率得出能量收獲能力,并通過遵循兩個占空比維持能量中性.首先從網(wǎng)絡(luò)中選擇滿足簇頭占空比的節(jié)點(diǎn)定義為臨時簇頭集,以均衡網(wǎng)絡(luò)能耗,保證節(jié)點(diǎn)能量中性.其次從臨時簇頭集中選出一組分布均勻的最佳簇頭,可有效減少能耗,提升吞吐量.最后成員節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸占空比調(diào)節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率,以求得到最佳的能耗效率.通過仿真分析,該協(xié)議理論上可達(dá)到無限長的網(wǎng)絡(luò)生存期,相比其他協(xié)議在提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量和降低簇失敗次數(shù)方面有明顯的優(yōu)勢. 

【文章來源】：微電子學(xué)與計(jì)算機(jī). 2020,37(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

不同數(shù)據(jù)包生成速率下平均每輪簇失敗次數(shù)

EN-LEACH協(xié)議使用網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來分擔(dān)簇頭節(jié)點(diǎn)的壓力,保證了節(jié)點(diǎn)能量中性狀態(tài),但該協(xié)議在集群中選取中繼節(jié)點(diǎn)的方法不合理,且隨著數(shù)據(jù)包生成速率的增加,選擇中繼節(jié)點(diǎn)的機(jī)制將進(jìn)一步加劇能量的消耗,增加簇失敗的次數(shù).EP-LEACH協(xié)議沒有建立能量中性約束,在能耗較大的情況下使用勢能函數(shù)無法準(zhǔn)確判斷簇頭節(jié)點(diǎn)能量狀態(tài),簇失敗次數(shù)大幅增加.在數(shù)據(jù)包生成速率較低的情況下,EA-Clustering協(xié)議使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測本輪收獲能量有較高的精確度,隨著數(shù)據(jù)包生成速率的提升,節(jié)點(diǎn)同時維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致能耗巨大,當(dāng)數(shù)據(jù)包生成速率超過0.75 packet/s時,其平均每輪簇失敗次數(shù)大于其他三種協(xié)議.圖2表示當(dāng)數(shù)據(jù)包生成速率為0.5 packet/s,監(jiān)控區(qū)域面積從1×104 m2向5×104 m2逐步增加時,四種協(xié)議平均每輪簇失敗次數(shù)的變化趨勢.可以看出,隨著監(jiān)控區(qū)域面積的增大,節(jié)點(diǎn)通信消耗不斷提升,平均每輪簇失敗次數(shù)也隨之增加.當(dāng)監(jiān)控區(qū)域面積小于4×104 m2時,DENDC的平均每輪簇失敗次數(shù)明顯小于其他三種協(xié)議,這得益于DENDC協(xié)議通過改變占空比來維持節(jié)點(diǎn)能量中性狀態(tài),有效降低了簇失敗次數(shù).當(dāng)監(jiān)控區(qū)域面積達(dá)到5×104 m2時,四種協(xié)議的簇失敗次數(shù)相差不多,這是因?yàn)橐陨纤姆N協(xié)議都是基于單跳通信方式設(shè)計(jì),當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)長距離向基站發(fā)送消息需要耗費(fèi)大量能量.DENDC協(xié)議更適合監(jiān)控面積小的網(wǎng)絡(luò).

本文除了研究協(xié)議如何保證能量中性狀態(tài),同時也探求如何可以增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量,提升網(wǎng)絡(luò)的能耗效率.圖3表示在500輪的數(shù)據(jù)傳輸中,四種協(xié)議在不同的數(shù)據(jù)包生成速率下的平均每輪網(wǎng)絡(luò)吞吐量對比.DENDC協(xié)議的平均每輪網(wǎng)絡(luò)吞吐量明顯高出其他三種協(xié)議,尤其是在數(shù)據(jù)包生成速率超過0.75 packet/s時.這是因?yàn)镈ENDC協(xié)議在維持節(jié)點(diǎn)能量中性的前提下,成員節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸占空比靈活調(diào)節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率.雖然DENDC協(xié)議為了維持能量中性狀態(tài)而降低成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的頻率,但其減小了平均每輪簇失敗次數(shù),從而保證了較高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量.EA-Clustering因?yàn)閿?shù)據(jù)包生成速率提升后能耗急劇增大導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量增長速率減慢,數(shù)據(jù)包生成速率超過0.75 packet/s后,其吞吐量小于其他三種協(xié)議.5.2.3 平均每輪節(jié)點(diǎn)能耗

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]An Efficient EH-WSN Energy Management Mechanism[J]. Yang Zhang,Hong Gao,Siyao Cheng,Jianzhong Li.  Tsinghua Science and Technology. 2018(04)



本文編號：3019269