无线传感器网络的节能研究（本科毕业论文）(10)

E[NN|N=n]≈E[NN]=

?1?0 (3-6)

设C1 为小区域内普通节点传送一个单位的数据到簇头节点消耗的能量，C2 为监测区域内所有普通节点传送一个单位的数据到各自簇头节点消耗的能量，C3 为所有簇头节点传送融合数据到汇聚节点消耗的能量，C为网络中所有节点消耗的能量，则有：

E[C1|N?n]?E[LL|N?n]r (3-7)

E[C2|N?n]?npE[C1|N?n] (3-8)

1.53npa2r'E[C3|N?n]? (3-9)

E[C|N?n]?E[C2|N?n]?E[C3|N?n]?np(1?p)3/2r2p??1.53npar'. (3-10)

E[C]?E[E[C|N?n]]?E[N][??A[1?P2R1?P2rp?P???1.53par'']1.53par]. (3-11)

不妨我们设r'?2r，则要使E[C]取得最小值，需满足下列等式条件：

?p?1?0. (3-12)

cp3/2求得唯一实根为：poptimal?[13c3?23c??2?3c312],2

2??(2?27c?3327?4)1/3,c?3.06a? (3-13)

所以，最优簇头数目noptimal系。

?npoptimal,poptimal只跟监测区域的大小和节点的分布密度有关

设M=noptimal，节点nodei的能量为enodei，则传感器覆盖区域内所有节点的总能量为E，而每个划分的小区域所包含的所有节点的总能量为e,有：

ME???e11nodei （3-14）

e??e1nodei (3-15)

由E可得

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E[E|N?n]?e?Enoptimal?EM (3-17)

设?为任意小的实数参数，要求各划分的区域所有节点的能量基本相等，即要满足:

M??e[e?e]?[11nodeiM??e1nodei]?? (3-18)

?的值根据实际环境的不同要求确定，满足上式条件的划分我们称整个区域以能量

均衡为标准的划分。

3.4 EDEBCRP-MN协议报文格式

报文格式：

（xd,yd,nd,kd） (xs,ys,ns,ks) Type Data

设（xd,yd,nd,kd）为目的节点，（xs,ys,ns,ks）为源节点，Type 为报文的类型，Data 为指向报文内容的指针。节点收到信息后首先判断目的节点，如果目的节点为(?1,?1,?1,?1)，表明该信息为广播信息，节点接收数据并根据Type 值判断信息类型进行相应处理；否则节点判断该信息是否是发向自己的，若是，则接收数据并根据Type 值判断信息类型进行相应处理，否则不进行数据接收。 报文主要 Type 类型定义如下：

Type=0：该类报文用于汇聚节点发送任务给簇头节点，或者簇头节点对接收任务进行广播，Data 部分包含采集信息的节点名字和采集任务的时间长度，简称为TASK 报文。

Type=1：该类报文用于采集信息节点发送采集信息到簇头节点，或者簇头节点发送融合数据到汇聚节点，报文内容即为节点采集的数据信息和节点的位置信息，简称为DATA 报文。

Type=2：该类报文用于簇头节点查询簇内普通节点和管理节点的状态，或者管理节点查询簇头节点的状态，Data 部分为空，简称为CNS(Check Node Status)报文。

Type=3：该类报文用于节点对CNS 报文进行回复，Data 部分为空，简称为SON(Status of Node)报文。

Type=4：该类报文用于广播节点死亡消息， Data 部分为空时表明死亡节点 即为源节点，否则，死亡节点在Data部分指明，简称为DON（Death Of Node）报文。

Type=5：该类报文用于簇内普通节点接收到管理节点死亡消息后，传送自身能量

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信息和位置信息到簇头节点，Data 部分为节点对应的能量信息，简称为PON（Power of Node）报文。

Type=6：该类报文用于管理节点对新当选簇头节点进行广播，Data 部分为新当选簇头节点的相关信息，简称为NCH（New Cluster Head）报文。

Type=7：该类报文用于簇头节点对新当选管理节点进行广播，Data 部分为新当选管理节点的相关信息，简称为MCH（Monitoring Cluster Head）报文。

Type=8：该类报文用于节点广播其最新能量水平值，Data 部分为能量水平值，简称为COP（Change of Power）报文。

3.5 EDEBCRP-MN协议工作过程

3.5.1 节点死亡

由于无线传感器节点本身能量的限制以及周围环境等因素，节点会经常由于能量问题、硬件故障、环境因素等各种问题而无法工作，此时我们称节点死亡。节点死亡有两种可能，第一种情况是能量消耗殆尽而自然死亡，第二种情况是硬件故障或者外界环境因素引起的意外死亡，在该小节中我们只讨论普通节点和管理节点的死亡，关于簇头节点的死亡将会在下文中进行说明。

对于自然死亡，当一个节点的能量水平值由1变为0的时候（此时的节点能量值较小，但不是0），该节点便广播自己死亡的消息（DON 报文）。如果死亡节点是管理节点，簇内普通节点收到管理节点死亡的消息后，将本身位置信息和能量信息（PON 报文）发送到簇头节点，簇头节点从普通节点中选择能量水平值最大的节点作为管理节点，如果能量水平值最大的节点有多个，则选择距离簇头节点最近的节点作为管理节点，然后广播该节点成为管理节点的消息（MCH报文），并为管理节点发送必要的维护信息，普通节点收到簇头节点广播消息后会更新关于管理节点的相关信息；如果死亡节点是普通节点，其邻节点收到该消息后更新路由信息表（设定死亡节点能量水平字段值为0），簇头节点收到该消息后更新节点信息表，并且将节点死亡消息通告汇聚节点，汇聚节点也会对其维护的节点信息表进行更新。

对于意外死亡，当簇头节点启动簇内节点执行汇聚节点发送过来的TASK任务之前，会先查询簇内普通节点和管理节点的状态。簇头节点广播一个查询消息（CNS报文），并且设定一个定时器tout，，簇内普通节点和管理节点收到CNS 报文后会发送一个回复消息（SON 报文）到簇头节点，簇头节点如果在tout内收到某节点的回复消息表明该节点状态正常，否则说明该节点已经死亡。如果死亡节点是管理节点，簇头节点会广播管理节点死亡的消息（DON 报文），以后处理同管理节点的自然死亡相同；如果是普通

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节点，簇头节点便更新节点信息，并广播该节点死亡的消息，死亡节点的邻近节点收到该节点死亡消息后，更新其路由信息 即可。 3.5.2 更换簇头节点

簇头节点有两种更换方式，一种是簇头节点因能量不足而主动让贤，另一种是簇头节点因发生故障而被迫重新选举簇头节点。因为簇头节点本身要采集数据还要收集簇内节点数据进行数据融合并充当路由节点的角色，所以簇头节点的能量消耗较大，为了不让簇头节点过早的因为能量耗尽而死亡，我们规定当簇头节点的能量水平值变为1 时便宣告其不再为簇头，即广播簇头节点死亡消息（DON 报文），但是此时节点并未退出，而是转为一个普通节点继续工作，然后重新选举簇头节点。簇头节点还有可能因为硬件问题或者外界环境因素而不能正常工作，为了防止簇头节点意外死亡而白白浪费簇内普通节点的能量，我们在每个簇内设置了一个管理节点，管理节点负责侦听簇头节点的活动，不进行数据采集和传输，管理节点一旦发现簇头节点失去作用，便向簇内普通节点广播簇头节点死亡消息，重新选举簇头节点。重新选举簇头节点是怎样进行的呢？簇头节点的更换是在管理节点的主持下完成的。簇内普通节点收到簇头节点死亡消息）后，暂停数据发送，直到新簇头产生为止。邻近单元格簇头节点收到簇头 …… 此处隐藏：2531字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……