唤醒机制的无线传感器网络存活状态建模与分析.pdf

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1、云南民族大学学报：自然科学版，2015，24(4)：320—324CN53—1192／NISSN1672—8513doi：12．3969／j．issn．1672—8513．2015．04．014http：／／xb．ynni．edu．ca基于休眠／唤醒机制的无线传感器网络存活状态建模与分析韩瑞艳，高飞，丁雷雷(1．云南民族大学电气信息工程学院，云南昆明650500)(2．云南民族大学云南省高校无线传感器网络技术重点实验室，云南昆明650500)摘要：采用休眠机制可以有效降低无线传感器网络的能量消耗，延长网络的生存时间．基于休眠概率与生存期的关

2、系，建立节点休眠／唤醒机制的系统模型，给出无线传感器网络中节点状态阃相互转换的2种基本模型，分析休眠概率与休眠轮次对无线传感器网络存活状态的影响．仿真结果表明，随着休眠概率与休眠轮次的增加，网络的生存期得到有效地延长．关键词：无线传感器网络；休眠／唤醒机制；网络存活中图分类号：TN92文献标志码：A文章编号：1672—8513(2015)04—0320—05无线传感器网络(WSNs)是由分布在一定区域能耗，延长网络的生存时间．内的大量低成本、低功耗的具有传感、计算与通信能由于节点在休眠状态消耗的能量最小，所以在力的微小传感器节点构成的自治网

3、络系统，具有多休眠调度协议中，合理地控制适量的节点进入休眠跳、自组织及布置灵活等特点，能够大量的部署到各可以很好地减少网络总体能量消耗，从而提高网络种地形的环境中，达到信息收集和通信的目的．在环的生存周期．而过度的休眠会影响网络的监测功能，境监测、医疗卫生、智能家居和军事应用等领域有着所以如何合理地控制适量的节点休眠是研究的主要广泛的应用前景．目标．传感器节点采用电池供给能量，电池能量一般近年来，研究人员提出了多种休眠调度算法．其是有限的，且难以补充．节点的能量消耗决定了无线中比较典型的是随机调度RS(randomizedschedu．传感

4、器网络的生存时间，为提高网络的健壮性和可1ing)算法．RS算法的核心思想是网络中所有节点在靠性，常常在监控区域内撒布大量节点来工作以延每一轮使用同一个概率判断是否需要休眠．该算法长网络的寿命．但如果所有节点同时工作就会浪费的实现相对简单，能快速求解，但使用相同的概率休能量，使节点过早死亡，因此，如何降低节点的能量眠会导致网络的吞吐量下降且产生覆盖空洞J．消耗，延长网络寿命成为相关领域的研究热点-2J．针对上述问题，本文提出了一种改进算法．将网延长网络生存期，目前最常见也是最直接的解决络的工作时间划分成轮次，在每轮次开始时，全网中方法就是采

5、用节点休眠调度算法．无线传感器网络通的节点按照某一休眠概率进行休眠，结束时所有节常用足够数量的传感器节点保证网络的有效性，传感点保持该轮次的状态，等待下一轮次开始时重新进器节点密度较高，存在着大量的冗余节点，可通过只行休眠判决；而在下一轮次开始时，上一轮次中的休激活部分节点，以便节点能够在活跃与休眠轮次之间眠节点依然保持休眠状态，这些休眠节点在休眠一轮换．节点的休眠调度算法就是采取判定算法一次选定轮次后将“激活”，从而返回到活跃状态．通过采取一部分节点作为本轮的工作节点，通过节点在活跃用轮换节点是否“激活”或者“休眠”状态的节能方状态和休眠

6、状态间周期性地轮换，来降低整个网络的案，为整个网络节省能量，延长了网络的生存期¨j．收稿日期：2014—10—22．基金项目：国家自然科学基金(61461056)；云南省教育厅科学研究基金重大专项(ZD2011009)作者简介：韩瑞艳(1989一)，女，硕士研究生．主要研究方向：无线传感器网络技术．通信作者：高飞(1961一)，男，教授，硕士生导师．主要研究方向：无线传感器网络技术．第4期韩瑞艳，高飞，丁雷雷：基于休眠／唤醒机制的无线传感器网络存活状态建模与分析321感器节点均处于活跃状态；所有传感器节点具有相1节点的休眠／唤醒模型同的休眠

7、概率P．在无线传感器网络中，由于节点分布众多，具体算法步骤如下：如何合理控制适量的节点休眠是主要研究的问第1步：每一轮次开始，每个处于活跃状态的节题．休眠机制的采用，可通过节点状态的转换来点独立地判断该轮次中自己是进行休眠还是保持工均衡能量消耗，避免部分节点过早地因能量耗尽作状态，结束时所有节点保持该轮次的状态．而致使全网生命周期的结束，以此提高网络使用第2步：该轮次中处于休眠状态的节点休眠轮寿命．次后，休眠节点返回到活跃状态．1．1简单的休眠／唤醒模型第3步：下一轮次重新进行休眠判决，返回到第节点具有活跃和休眠2种工作状态，并能够1步．在

8、二者之间进行转换．休眠机制的采用，即让一1．3休眠／唤醒模型的仿真实验些节点休眠，另一些节点工作，可以平衡网内节定义节点的休眠率用D表示、活跃率用A表点能耗，达到平衡网内能耗的目