軍事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究

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1、軍事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究：針對軍事無線傳感器X絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署區(qū)域的特殊性及節(jié)點(diǎn)易遭破壞的特點(diǎn)，提出了基于LEACH協(xié)議的軍事無線傳感器X絡(luò)簇頭多跳算法（LEACH-HOP）。模擬仿真證明，LEACH-HOP與LEACH相比具有更好的性能，可以有效延長X絡(luò)生存時間?！　￡P(guān)鍵詞：無線傳感器X絡(luò)；LEACH協(xié)議；簇頭多跳　　：TP393：A：1009-3044(2011)17-4059-03　　ResearchsonMilitary為節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域的邊長，dbs為節(jié)點(diǎn)到基站BS的距離。在每輪選取簇頭之前，計算出最佳簇頭數(shù)量。　　由于在LEACH

2、中，簇頭的選舉過程沒有考慮到節(jié)點(diǎn)的剩余能量，這使得選出的簇頭可能不是最佳簇頭。盡管節(jié)點(diǎn)輪流當(dāng)選為簇頭，但它并不適合在X絡(luò)初始化時節(jié)點(diǎn)所儲存的能量不相等的場合，文獻(xiàn)[1]考慮到這個問題，提出調(diào)整簇頭門閥值T（n）的計算方法，該文采用文獻(xiàn)[6]里提出的新簇頭選擇的閥值：　　(6)　　式中，En_residual表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)前剩余的能量，而En_intitial表示節(jié)點(diǎn)的最初能量，這樣做的目的是為了讓當(dāng)前能量較高的節(jié)點(diǎn)成為簇頭的概率增大，因此，能有效改善X絡(luò)的健壯性，使得簇頭的選取更為合理。　　2.2改進(jìn)簇建立過程　　在選舉出簇頭后，非簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)

3、接收到簇頭發(fā)送的信號強(qiáng)弱，選擇信號最強(qiáng)的簇頭，加入到該簇。針對軍事無線傳感器X絡(luò)節(jié)點(diǎn)易被攻擊摧毀的特點(diǎn)，在簇建立后，通過式（6）選舉出簇成員中，能量最大的節(jié)點(diǎn)作為候選簇選舉首。當(dāng)簇首遭到破壞時，候選簇首能夠及時成為簇首，有效維持該簇正常工作，從而保證X絡(luò)正常運(yùn)行。　　2.3簇頭多跳路由方式　　軍事無線傳感器X絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常通過飛機(jī)播撒部署在無人防區(qū)進(jìn)行情報監(jiān)測，或者部署在敵區(qū)。為了防止被敵方發(fā)現(xiàn)，提高隱蔽效果，基站的位置一般選擇建立在離節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置。LEACH協(xié)議中，簇頭節(jié)點(diǎn)和基站之間采用單跳傳輸，對于單跳路徑選擇模式，簇頭節(jié)點(diǎn)離基站很遠(yuǎn)就會

4、使簇頭消耗很大的能量，導(dǎo)致簇頭節(jié)點(diǎn)過早的死亡。針對軍事無線傳感器X絡(luò)的特殊性，減少簇頭節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，應(yīng)該選擇基于LEACH協(xié)議的簇頭多跳算法LEACH-HOP?！　‘?dāng)一輪選舉結(jié)束且簇頭接收到簇內(nèi)成員數(shù)據(jù)后，簇頭之間建立傳輸數(shù)據(jù)的路由表，通過路由方式把簇頭數(shù)據(jù)多跳轉(zhuǎn)發(fā)至基站。當(dāng)新的一輪簇頭選舉完成后，在開始發(fā)送數(shù)據(jù)到基站前，利用新當(dāng)選的簇頭節(jié)點(diǎn)更新路由表。這樣，距離基站較遠(yuǎn)的簇頭節(jié)點(diǎn)，通過多跳路由的方式將數(shù)據(jù)傳送到基站，從而減少了能量的消耗?！　?模擬仿真及結(jié)果分析　　3.1實驗環(huán)境及參數(shù)　　使用OM作為實驗平臺來考察驗證算法的性能。模擬實現(xiàn)了

5、LEACH協(xié)議和改進(jìn)算法并進(jìn)行性能比較。由于仿真環(huán)境下，很難真實模擬出節(jié)點(diǎn)隨機(jī)被破壞的特點(diǎn)，只能使用人為的方式在固定時間手動使某些節(jié)點(diǎn)停止工作。仿真設(shè)置：0.5J，100m×100m，Eelec=50nJ/bit，εfs=10pJ（/bit*m2），εmp=0.0013pJ/（bit*m2），D0/d0=80m，基站位置為（50，150），數(shù)據(jù)包大小等于1000bit?！　?.2實驗結(jié)果與分析　　由仿真數(shù)據(jù)繪成曲線，如圖2所示，LECAH-HOP算法中第一節(jié)點(diǎn)的死亡時間比LEACH協(xié)議第一個節(jié)點(diǎn)死亡時間延遲了25%左右；在1000s時，兩算

6、法節(jié)點(diǎn)同時遭到破壞；LEACH-HOP協(xié)議全部節(jié)點(diǎn)的死亡時間比LEACH協(xié)議延遲了大約20%，即執(zhí)行LEACH-HOP算法的X絡(luò)生存時間比執(zhí)行LEACH協(xié)議的X絡(luò)生存時間延長了20%。實驗表明，改進(jìn)算法可以降低傳感器節(jié)點(diǎn)的通信能耗，從而有效地延長X絡(luò)的生存時間?！　?結(jié)論　　針對軍事無線傳感器X絡(luò)中節(jié)點(diǎn)易受摧毀特點(diǎn)，在LEACH協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了基于剩余能量的軍事無線傳感器X絡(luò)節(jié)能分簇算法，并選舉候選簇首。改進(jìn)的分簇算法中，選舉剩余能量最大的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先擔(dān)任簇首，有利于減小節(jié)點(diǎn)能量的同步消耗，從而有效地延長了整個X絡(luò)的生命期。成簇階段選舉出的候

7、選簇首，能有解決簇首遭受破壞時，及時維護(hù)X絡(luò)正常工作。針對軍事無線傳感器X絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)撒布在敵方特殊環(huán)境，基站設(shè)置在距離節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)地域，提出基于LEACH協(xié)議的簇頭多跳算法LEACH-HOP。模擬實驗表明，LEACH-HOP算法與LEACH相比具有更好的性能，優(yōu)化后的簇首選擇機(jī)制和簇結(jié)構(gòu)，可以有效延長X絡(luò)生存時間。