埃及信息学杂志（2013年）14，235开罗大学埃及信息学杂志www.elsevier.com/locate/eijwww.sciencedirect.com原创文章无线移动传感器网络Harish Kumara，*， Harneet Aroraa， R.K.辛格拉ba印度昌迪加尔（UT），旁遮普大学，b印度昌迪加尔（UT）旁遮普大学DCSA接收日期：2012年8月3日;修订日期：2013年7月24日;接受日期：2013年2013年8月21日在线提供摘要能量消耗是无线传感器网络面临的突出而关键的问题。 当传感器相互通信时消耗最大量的能量因此，需要能量有效的路由机制。在本文中，路由方案的基础上的鱼眼状态路由与路由选择机制的差异已被提出，以确保在网络的整体能耗的减少。该方案被命名为能量感知鱼眼状态路由（EA-FSR）。使用QualNet5.0考虑各种参数进行模拟。EA-FSR的性能已经与原始鱼眼状态路由算法进行了比较，这也是在相同的环境中进行模拟。为了进行比较，已经考虑了各种参数，如端到端延迟平均值、能耗和吞吐量©2013制作和主办由Elsevier B.V.代表计算机与信息学院开罗大学。1. 介绍无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）由大量能量受限的设备组成，它们自主地形成网络，通过网络将传感信息从传感器覆盖的地方传输到中央控制站（称为sink）[1]。传感器网络的主要目的是*通讯作者。联系电话：+91 9815964121。电 子 邮 件 地 址 ： harishk@pu.ac.in （ H.Kumar ） ，harneet159@gmail. com （ H. Arora ） ， rksingla@pu.ac.in （ R.K.Singla）。开罗大学计算机和信息系负责同行审查。制作和主办：Elsevier收集区域/地方信息，以参与有关物理环境的全球决策[2]。不同类型的传感器，如磁性，视觉，红外线，热，声学，地震和雷达，可以鼓励这些网络在广泛的应用中使用，如交通控制，环境监测，精准农业，天气预报，军事监视，工业传感等。尽管无线传感器网络有着广泛的应用，但它面临着一些设计和架构问题[4]。传感器节点在通信过程中的能量消耗是一个突出的问题。能量受限的传感器阻碍了通信。路由协议的改进可以减少开销通信的需求，从而降低网络中传感器的能量需求。本文分为五个不同的部分。无线adhoc传感器网络路由与鱼眼状态路由1110-8665© 2013由Elsevier B. V.代表开罗大学计算机与信息学院制作和主办。http://dx.doi.org/10.1016/j.eij.2013.07.002关键词能量感知-鱼眼路由;鱼眼状态;无线传感器网络;能量消耗236 H. Kumar等人(FSR)算法已在第2节中解释。第三节讨论了能量感知的鱼眼状态路由算法。第4节讨论了模拟设置和使用的各种环境参数。结果已在第5节中介绍和讨论。最后，第6节总结了所做的工作及其未来的范围。2. 无线传感器网络与路由由于传感器网络的固有特性，如节点移动性，密集部署和能量消耗，信息包的路由是最困难的任务之一。与路由相关的主要问题是：较低的延迟、最大化网络寿命、资源感知、拓扑变化、位置感知和可扩展性。在所有这些问题中，网络生命周期是最关键的网络的生命周期取决于节点的能量消耗，而节点的能量消耗又取决于传感器节点执行的不同任务。最大量的能量在通信任务期间消耗，然后分别进行计算和感测。基于网络的剩余能量执行路由选择的通信机制可以提高整体网络能量，从而增加网络寿命。这对路由协议施加了严格的约束[5]。2.1. 鱼眼状态路由它是一种表驱动的隐式分层路由协议。它使用鱼眼捕捉焦点附近像素的更多细节细节的数量与到焦点的距离成在路由中，这种方法对应于保持关于节点的紧邻节点的准确距离和路径质量信息，随着距离的增加，细节逐渐减少。该协议与基于链路状态的路由协议相似，因为它在每个节点上维护拓扑信息。不同之处在于路由信息在网络中传播的方式。在链路状态路由中，每当节点检测到拓扑变化时，链路状态消息被生成并传播到网络中。但是在FSR中，链路状态消息不被重传。每个节点基于从相邻节点接收的最新信息来维护链路状态表，并且仅与其本地邻居周期性地交换该信息。邻居不执行消息的重传。通过该交换过程，拓扑表中具有较小序列号的条目被具有较大序列号的条目替换。这允许节点在每个时间点都有最新的信息。Dijkstra该机制确保了源节点和汇聚节点之间的最短路径长度，但是这可能导致每次源节点发送数据时选择相同的邻居节点。这导致所选节点的能量消耗增加，同时降低其他相邻节点的能量消耗。它会导致网络中的能量不平衡，也会形成能量空洞。3. 能量感知鱼眼状态路由为了避免能量不平衡和能量空穴的形成，提出了一种新的路径选择机制。它使用能量作为选择邻居节点的基础，而不是最短路径长度。计算所有相邻节点的能量，以找到具有最大剩余能量的节点。然后选择该节点来转发数据包。这个过程是为每个节点，其中有一些数据包传输。这种机制保证了网络中的能量平衡，因为只有一个节点不受转发数据包任务的限制。此外，这确保了网络中所有节点的均匀能量消耗，这减少了能量空穴形成的机会。3.1. 改进的路由选择机制能量感知鱼眼算法中的路由是基于相邻节点的剩余能量来选择的选择具有最大剩余能量的节点向汇聚节点转发信息。下面使用图1作为说明来解释该机制。图中显示了一个由六个节点组成的网络，每个节点在某个时刻都有各自的能量水平节点在此网络中选择路由的步骤如下：步骤1：节点“1”搜索其单跳邻居。比较这些节点的剩余能量，以找到具有最大能量的节点。从一跳邻居{2，4，6}中，“4”具有最大能量，因此其已被选择为下一跳。步骤2：节点因此，形成的路径是13.2. 能量感知路径选择算法N是网络中所有节点的集合。//////1. 初始化：N={s}2. 对于s的所有邻居D（v）=能量（v）3. 回路4. 找到不在将“w”添加5. 对每个' w '重复2无线移动传感器网络的能量感知鱼眼路由算法图1EA-FSR中用于路由选择的传感器网络图2平均端到端延迟随传感器节点移动性的变化。图3平均抖动随传感器节点移动性的变化。4. 仿真设置使用QualNet 5.0 网络模拟器进行模拟实验[8] 。在大约1500\ 1500m2的区域上，总共部署了300个节点。299个节点被确认为传感器节点，1个节点被确认为汇聚节点。每个传感器节点通过改变其速度来移动，而汇聚节点在整个模拟过程中保持静态。传感器节点在不同的时间间隔内向汇聚节点生成CBR流量。随机路点移动性模型[9]作为节点的移动性模型，暂停时间为5 s。节点的速度不同的值是：步行1.3分析了数据采集节点移动性的变化对网络吞吐量、端到端时延和平均抖动的影响所有其他模拟参数及其值列于表1中图4平均吞吐量随传感器节点移动性的变化。5. 仿真结果5.1. 平均端到端延迟端到端延迟测量数据包即，在发送和接收之间的时间间隔，表1模拟参数。参数值模拟面积1500\ 1500 m2网络密度300个节点模拟时间1800 s物理/MAC层协议802.15.4节点移动模型随机路径点移动模型缓存器/缓存器Di Serve/FIFO路由协议FSR/EA-FSR电池型号线性模型能量模型MicaZ发射功率3 dBm电池充电监测间隔30 s满电池容量1200 mA h（传感器节点）12，000 mA h（Sink节点）Tra Brack-type CBR连接数150源ID变量目标ID % 1（接收节点）开始/结束时间变量表2能源消耗的变化。路由协议能量感知-鱼眼状态路由（EA-FSR）鱼眼状态路由（FSR）能耗（焦耳（mA h））3.133.55238 H. Kumar等人从源节点到sink的分组。平均端到端延迟给出了网络中所有数据包的平均延迟。图2显示，EA-FSR中的平均端到端延迟最初随着移动性的增加而增加，然后减小，而对于FSR，延迟值几乎保持恒定。此外，对于给定的移动性值，这些协议5.2. 平均抖动测量网络中数据包延迟随时间的变化。图3示出了在EA-FSR的情况下平均抖动的值高于FSR。EA-FSR的抖动值随节点速度的增加而随机变化，而FSR的抖动值几乎保持不变。5.3. 平均吞吐量定义为通过网络成功传递消息的平均速率。图4示出了对于FSR，平均吞吐量的值随着移动性的增加而几乎保持恒定，而在EA-FSR的情况下，吞吐量最初随着移动性的增加而增加，但是当移动性变得非常高时突然减小。此外，EA-FSR的吞吐量高于FSR。5.4. 能耗是指传感器节点在网络中执行传感、计算和通信任务时消耗的能量。表2显示了EA-FSR和FSR的每个节点的能耗。实验结果表明，EA-FSR的能耗低于原鱼眼路由.实施节能路线选择后，百分比下降约11.8%。6. 结论和今后的范围仿真结果表明，能量感知的鱼眼路由（EA-FSR）的性能更好的变化的移动性值的传感器节点。由于网络的吞吐量大幅增加。此外，网络的整体能耗已降至近12%，确保更长的网络寿命。但是，平均端到端延迟和抖动值略有增加。因此，该协议可以用作Fisheye的替代品。路由协议，用于网络生命周期和成功的消息传递比及时传递更重要的应用。未来，可透过整合群智能等优化技术，进一步改良具能源感知能力的鱼眼，以消耗更少能源及产生更低控制开销。此外，该协议可以进一步分析其他参数，如拓扑变化，占空比的变化等，也可以使用实时环境来研究该协议的实际行为。引用[1] Sharif A，Potdar VM，Rathnayaka AJD.无线传感器网络中支持优先级的传输层协议。在：IEEE第24届先进信息网络和应用研讨会国际会议，珀斯，澳大利亚; 2010年4月20日至23日。p. 583-8[2] Abd-El-Barr ML，Al-Otaibi MM，Youssef MA.无线传感器网络.第2部分：路由协议和安全问题。在：第18届加拿大电气和计算机工程年会，萨斯卡通，Sask;2005年5月1日p. 69比72[3] Chong CY，Hamilton BA，Kumar SP.传感器网络：发展，机遇和挑战。Proc IEEE2003;91（8）：1247-56.[4] 库马尔·哈里什考尔·哈尼特无线感测器网路之议题与趋势。在：第25届全国计算机工程师大会和全国网络家庭系统和服务研讨会（NHSS-2011）。乌代布尔：工程师学会（印度）;2011年2月4日至6日。p. 13比8[5] Al-Karaki JN，Kamal AE.无线传感器网络路由技术综述。IEEE J Wireless Commun2004;11（6）：6-28.[6] 放大图片创作者：Stevens K.鱼眼：一种透镜状的电脑显示变换。技术报告。加州大学洛杉矶分校，计算机科学系;1971年。[7] 张光玉，张伟.鱼眼状态路由：一种无线自组网路由方案。在：IEEE国际通信会议（ICC 2000），新奥尔良，LA，第1卷; 2000年6月18日至22日。p. 70比4[8] QualnetNetworkSimulator网站http://www.scalable-networks.com/products/qualnetwww.example.com最后一次出现在2013年7月20日。[9] 杨伟杰，李晓梅.移动自组织网络的真实移动模型。在：第九届移动计算和网络年度国际会议（2003年9月14日至19日，2003年9月14日至19日）的开幕式上。p. 217比29[10] 克 劳 福 德 湾 平 均 步 行 速 度 。 Last seen on April 2，2013.[11] 平 均 骑 行 速 度 。 . 最后一次出现在2013年4月[12] 限 速 和 车 辆 控 制 标 志 。 Last seen on April 2，2013.
我的内容管理
展开
