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基于路由算法均衡物联网传感器节点能耗的分析研究

2016-07-14 11:06　来源: 互联网作者：孟凤娇钟志军等浏览次数 3810

　　当网络运行处于数据传输阶段时，核心节点能量消耗过大，容易过早死亡。有些节点由于电量不足而失效，这些都凸显出在物联网络能量受限时，保证传感节点能量消耗均衡对物联网络生命周期的影响。传统的网络层分簇路由协议通常采用各种改进算法来均衡或减少网络中各节点的能耗，以延长整个网络的生存时间，最终实现整个网络的能耗均衡。
　　本文提出了基于Dijkstra路由算法的能量均衡策略。MatLab仿真实验表明，当核心节点能量低于设定值时，通过能量无线传输来为核心节点补充能量，从而实现整个物联网络中的能耗均衡。
　　2 基于路由算法动态计算剩余能量的策略
　　参考已有的物联网能量均衡策略，考虑到在无线传输中能量消耗最大，因此主要解决传输过程中的能量均衡路由算法，其主要设计思想是每次传输前先动态计算各传感器节点的剩余能量，然后基于剩余能量级别进行传输。在数据传输阶段，检测到该节点能量低于预设的临界能量值（设为TE_MIN）时，以半径r广播能量获取的报文。接收到报文节点则返回本节点ID、剩余能量和节点间距离等信息。之后该节点通过计算能量传输效率和传输距离，选出能量发射节点和中继节点，最终建立一条能量传输通道路由。通过无线能量传输技术完成节点间的能量传输。从而实现了物联网络中节点能量过低时，能量高的节点可以向该节点传输能量的目的，避免了网络中耗能节点过早的死亡，进而延长了整个网络的生存周期。
　　算法设计具体过程如下：
　　（1）发送能量传输请求报文。报文格式如下：
　　（2）接受能量传输应答报文。节点接收到广播的报文后，首先判断是数据报文还是能量传输报文。如果是数据转发报文，按路由协议进行转发，如果是能量传输报文，首先检测自身是否是核心节点，如果是，直接丢弃报文；如果不是，则计算剩余能量是否满足要求。如果不满足要求，则直接丢弃报文；如果满足则向请求节点返回应答报文。其判断的分支图如图2所示。
　　应答报文有节点ID、节点类型、报文类型、节点间距离、节点剩余能量几个字段。
　　（3）选择能量发射节点Wz。请求能量传输的节点收到返回的报文后，需要根据报文的信息，计算出能量传输的效率。能量在空气中传输，像光和声音一样会出现衰竭，因此效率与距离成反比，但效率与两个节点间的能量差成正比。因此能量发射结点Ni的选取函数定义为：
　　Ni =Nsel （MAX（Eri/Li2））
　　其中，Li为接收节点到发射节点Ni的距离，Eri为节点在某个时刻的剩余能量，且Li
（4）选择能量传输中继节点。能量传输的两个节点间的距离越远，能量损失越多，并且直接从能量的发射节点传输能量到能量的接收节点，会使发射节点的能量急剧下降，造成发射节点的过早死亡。这里使用Dijkstra最短路径算法，节点间的能量传输效率作为权值，选出能量损耗最小的传输路径。选出传输路径之后，传输路径的节点作为能量传输的中继节点。

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