WSN中多跳網(wǎng)絡(luò)能效和延遲控制優(yōu)化研究

劉 云，王海花，向 嬋

(昆明理工大學(xué) 信息工程與自動化學(xué)院，云南 昆明 650500)

能量在無線傳感網(wǎng)中是非常關(guān)鍵的因素，尤其是在給電池充電或者更換電池比較困難的環(huán)境中，因此高效節(jié)能是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)[1-2]。然而在許多應(yīng)用中比如火災(zāi)檢測，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效性也變得同樣重要，因此必須權(quán)衡能耗和延時(shí)。

Younis O等人提出了HEED協(xié)議[3]，HEED協(xié)議是一種混合的高效節(jié)能分簇方法并且會定期更換簇頭。分簇方法是基于節(jié)點(diǎn)剩余能量和另一個(gè)參數(shù)，比如節(jié)點(diǎn)到相鄰節(jié)點(diǎn)的距離或節(jié)點(diǎn)的層級。HEED協(xié)議能均勻整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的簇頭分布，從而均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗；但是其必須迭代多次達(dá)到定期更換簇頭的目的，因此會造成高昂的開銷。

S Bai等人提出了DEAR協(xié)議[4]，該協(xié)議是一種多路徑延遲限制和能量限制自適應(yīng)路由協(xié)議。其考慮多種因素，比如可靠性、延遲和能量消耗，并且該協(xié)議允許數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中連續(xù)傳輸，即使傳輸時(shí)發(fā)生沖突。它能在解決多目標(biāo)優(yōu)化問題時(shí)，通過證明一個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間算法來均衡延遲。然而由于算法的復(fù)雜度，節(jié)能和減小網(wǎng)絡(luò)延遲會受限。

為進(jìn)一步優(yōu)化能耗和延遲均衡的問題，本文提出一種延遲能耗權(quán)衡多跳路由算法DETMR(Delay-Energy Trade-off in Multi-hop Routing)，該算法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和能量模型提出新的能量消耗函數(shù)和端到端延遲函數(shù)，根據(jù)這兩個(gè)函數(shù)選出滿足端到端延遲限制的能耗最少的最佳路由，并且能權(quán)衡能耗和延遲的關(guān)系，提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。

1 模型分析

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

采用如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)模型[5]，所有的節(jié)點(diǎn)分散在同一區(qū)域中，并做如下假設(shè)：(1)所有的節(jié)點(diǎn)靜止并且能量相同；……