利用最优节点传输范围使耗能最小化的无线传感器网络.docVIP

学习科目 现代测控管系统 学 院 自动化学院 专 业 控制理论与控制工程 学 号 2110904039 学生姓名 赵学才 2010年7月7日 利用最优节点传输范围 使耗能最小化的无线传感器网络 F.Shebli, I.Dayoub, A.OkassaM’foubat, A.Rivenq and J.M.Rouvaen University of Valenciennes 摘要：近来无线通信和电子技术的进步使开发低功耗、多功能、体积小的短距离通信传感器节点成为可能。由传感器和数据处理组成的微小传感器节点反过来影响了传感器网络的理理念。传感器的大小是其能量自治即生命的周期的主要束缚，因此电池需要做得非常的小。这就是为什么目前要深入地研究如何控制传感器的能耗，同时优先考虑通信。出于这个目标，我们提出一种计算无线传感器网络能耗的方法，这种方法根据发送的数据包数目，节点数来计算。而且我们成功降低了传感器网络的能耗。 关键词：无线传感器网络，分簇，能耗，路由 1．引言 无线传感器网络是从嵌入式系统、传感器技术和无线网络中发展而来的新技术，无线传感器网络快速部署，自组织及容错等特点使其军事，环境及医疗应用等方面的应用前景广阔。但其应用也是有限的，传感器节点不可替换的电源限制了整个系统的生命周期。一些研究证明传感器节点增加了数据通信中能量的消耗。传感器网络是一种由大量的小型传感器、设备、低功耗收发器组成没有中央处理的分布式系统。这种网络的一个主要问题就是尽可能地减少能耗来延长网络的寿命。近来的IC技术的发展使制造带有数据处理、存储和无线通信功能的微型传感器装置成为可能。 在无线传感器网络（WSNs）中，节点是非固定的和无人值守的。他们分布在一个感兴趣的区域并通过多跳方式互相通信并且形成了一个网络。节点的能量有限且不可重新充电。有一些特殊的节点称为汇聚节点（网关）负责处理和存储网络收集的数据。电池也是数据采集的关键组件，一般无法更换或充电，它的部分能量可能来自像光伏电池这样的充电单元，由于光伏电池很小，它只能提供有限的能量，因此它限制了传感器的寿命影响整个网络的进程能源是无线传感器网络一个至关重要的因素。为了提高网络的寿命，每一个硬件和软件解决方案。根据无线电模型中提出的数据通信遥感和数据处理的能发射功率无线传感器网络，汇节点事件，短程通信中间节点沿多跳路强制转发数据包本文了一个多跳通信模型各种情况能耗进行了分析和优化本研究采用无线链路的模型，分析两拓扑结构：第一节点，与优化空间。本文如下第2提出基本能耗和通信拓扑模型第3节分析在不同路由模式多跳第4节分析最佳第5节最后在第6节传感器能主要职能：采集通信和数据处理采集：能一般是微的在相当大的比例进行监测类型不同而定。 通讯：它消耗的能量任何其他任务通信图1介绍了传输系统的模型和适用于控制能耗规则数据处理：通信能源相比量是非常低的1KB的数据传输l00米的距离所需能源约于100亿条指令每秒（MIPS）的速度为百万指示能耗。这个水平可能很大程度上取决于安装在节点电路和功能要求 图1 通信能耗模型 发送一条k位的信息到，距离距离为d米，发射器消耗的能量： （1） 其中表示传输能耗，是放大过程，k为信息长度，d为发送/接收距离。接收一条k位的信息，接收器消耗的能量： （2） 其中表示传输能耗。 B．通信拓扑 图2所示，我们采用一个简单的直线拓扑结构来讨论通信模型。在图2左边，n个传感器节点以间隔r排列，基站在最右端。每个节点采用单跳模式直接与基站通信；相比位置来看每个节点与其最近的节点以多跳模式通信，节点通过中间节点将数据路由给最终的基站。 图2 等距节点的多跳线性模型 3．多跳传感器网络能耗 利用（1）式和（2）式，从源节点到目标节点经过一排连续节点的数据传输过程产生的能耗可表示为 是当所有di等于D/n时的最小值，当跳数为最优值时： 跳数的最优值取决于传输损耗系数和接收参数表达式中替换，我们观察到以下的关系： (5) 在线性传感器网络，事件的发生概率出现两种可能性如果每个节点测相同数量的活动（即必须传达的信息），我们可以假设每个节点同时收到一个事件。这意味着个节点（）自点信息包如果每个节点测同数量的活动，线性传感器网络平均数。 （6） 假设存在一种监管协议，它负责建立和更新节点的路由表。可以知道每个节点检测到的事件的平均数：，节点i传送的平均数据包可以估算如下： （7） n是线性传感器网络的节点数，i是当前考虑的节点。 例