PEGASIS及 Hierarchical-PEGASIS路由
發(fā)布時(shí)間:2012/3/29 20:04:30 訪問次數(shù):2304
PEGASIS( Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)121,一種基于LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上建立起來的路由協(xié)議。根據(jù)上面描述的LEACH協(xié)議,由于要MAX1651CSA頻繁地進(jìn)行簇頭變更,導(dǎo)致通信開銷較大,PEGASIS協(xié)議目的即是解決這個(gè)問題。
與LEACH協(xié)議不同,PEGASIS協(xié)議并不采用全網(wǎng)多個(gè)簇頭的方案,而是只采用一個(gè)簇頭,其將全網(wǎng)看成是一個(gè)簇群,并將其稱為鏈。簇頭節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)能夠通過一跳通信,其余傳感器節(jié)點(diǎn)只能通過多跳的形式與簇頭節(jié)點(diǎn)通信。
PEGASIS選取簇頭的方式非常簡單,設(shè)全網(wǎng)中共有Ⅳ個(gè)傳感節(jié)點(diǎn),則對每個(gè)節(jié)點(diǎn)用自然數(shù)1一N進(jìn)行編號(hào)。在第/輪選取的簇頭是第f個(gè)節(jié)點(diǎn),其中
f= jmodN
J為0時(shí),、簟@,設(shè)全網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為100個(gè),則在第5輪選取簇頭節(jié)點(diǎn)的過程中,所選取的簇頭節(jié)點(diǎn)為Smodl00=5號(hào)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都保存從網(wǎng)絡(luò)初始化開始到當(dāng)前簇頭更換的次數(shù),,當(dāng)某節(jié)點(diǎn)計(jì)算得出自己是本輪的簇頭節(jié)點(diǎn),則向全網(wǎng)通告自己是簇頭節(jié)點(diǎn)。
普通傳感器節(jié)點(diǎn)通過令牌控制鏈將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱仡^節(jié)點(diǎn)。由于PEGASIS將全網(wǎng)看成是一個(gè)鏈,因此簇頭節(jié)點(diǎn)將鏈分成兩部分,則數(shù)據(jù)分別從兩端傳輸至簇頭節(jié)點(diǎn),在傳輸?shù)倪^程中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須知道自己的所在地理位置,以便在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)采用貪心策略,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給與其距離最近的節(jié)點(diǎn),并在轉(zhuǎn)發(fā)過程中應(yīng)做相應(yīng)的數(shù)據(jù)融合,如圖3-9所示。當(dāng)兩端數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后,進(jìn)行下一輪簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇。
該協(xié)議避免了LEACH協(xié)議頻繁選舉簇頭帶來的通信開銷以及自身有效的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)聚合,極大地減少了數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)和通信量;節(jié)點(diǎn)采用小功率與最近距離鄰居節(jié)點(diǎn)通信,形成了多跳通信方式,有效地利用了能量,與LEACH協(xié)議相比能大幅度提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。但是,其主要存在以下4個(gè)問題。
①簇頭節(jié)點(diǎn)是全網(wǎng)中唯一能與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn),一旦簇頭出現(xiàn)敵障,則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將陷于癱瘓。
②協(xié)議假定每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)能夠直接與匯聚節(jié)點(diǎn)通信,而在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中,傳感器節(jié)點(diǎn)一般需要多跳的形式從而降低能量消耗。
③盡管該路由協(xié)議避免了重構(gòu)簇的開銷,但由于傳感器節(jié)點(diǎn)需要知道鄰居節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)以及地理位置信息,協(xié)議仍需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對那些利用率較高的網(wǎng)絡(luò)而言,拓?fù)涞恼{(diào)整會(huì)帶來更大的開銷。
④協(xié)議所構(gòu)建的鏈接中,遠(yuǎn)距離的節(jié)點(diǎn)會(huì)引起過多的數(shù)據(jù)延時(shí)。
為了解決端到端延時(shí)較大的問題,Lindsey等提出了二進(jìn)制和3層數(shù)據(jù)融合方案,即 Hierarchical-PEGASIS路由。針對節(jié)點(diǎn)具有CDMA功能的二進(jìn)制融合算法是:數(shù)據(jù)融合在PEGASIS鏈相鄰節(jié)點(diǎn)之間同時(shí)進(jìn)行,然后逐層向上,直到最后簇頭提交給匯聚節(jié)點(diǎn),傳輸層級(jí)是L092N。
針對不具備CMDA功能的節(jié)點(diǎn),采用3層融合算法:PEGASIS鏈上多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)組成一組,每組一次進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,以減少信號(hào)沖突。協(xié)議分為3層,最后由簇頭負(fù)責(zé)提交數(shù)據(jù)給匯聚節(jié)點(diǎn)。
PEGASIS( Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)121,一種基于LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上建立起來的路由協(xié)議。根據(jù)上面描述的LEACH協(xié)議,由于要MAX1651CSA頻繁地進(jìn)行簇頭變更,導(dǎo)致通信開銷較大,PEGASIS協(xié)議目的即是解決這個(gè)問題。
與LEACH協(xié)議不同,PEGASIS協(xié)議并不采用全網(wǎng)多個(gè)簇頭的方案,而是只采用一個(gè)簇頭,其將全網(wǎng)看成是一個(gè)簇群,并將其稱為鏈。簇頭節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)能夠通過一跳通信,其余傳感器節(jié)點(diǎn)只能通過多跳的形式與簇頭節(jié)點(diǎn)通信。
PEGASIS選取簇頭的方式非常簡單,設(shè)全網(wǎng)中共有Ⅳ個(gè)傳感節(jié)點(diǎn),則對每個(gè)節(jié)點(diǎn)用自然數(shù)1一N進(jìn)行編號(hào)。在第/輪選取的簇頭是第f個(gè)節(jié)點(diǎn),其中
f= jmodN
J為0時(shí),、簟@,設(shè)全網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為100個(gè),則在第5輪選取簇頭節(jié)點(diǎn)的過程中,所選取的簇頭節(jié)點(diǎn)為Smodl00=5號(hào)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都保存從網(wǎng)絡(luò)初始化開始到當(dāng)前簇頭更換的次數(shù),,當(dāng)某節(jié)點(diǎn)計(jì)算得出自己是本輪的簇頭節(jié)點(diǎn),則向全網(wǎng)通告自己是簇頭節(jié)點(diǎn)。
普通傳感器節(jié)點(diǎn)通過令牌控制鏈將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱仡^節(jié)點(diǎn)。由于PEGASIS將全網(wǎng)看成是一個(gè)鏈,因此簇頭節(jié)點(diǎn)將鏈分成兩部分,則數(shù)據(jù)分別從兩端傳輸至簇頭節(jié)點(diǎn),在傳輸?shù)倪^程中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須知道自己的所在地理位置,以便在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)采用貪心策略,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給與其距離最近的節(jié)點(diǎn),并在轉(zhuǎn)發(fā)過程中應(yīng)做相應(yīng)的數(shù)據(jù)融合,如圖3-9所示。當(dāng)兩端數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后,進(jìn)行下一輪簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇。
該協(xié)議避免了LEACH協(xié)議頻繁選舉簇頭帶來的通信開銷以及自身有效的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)聚合,極大地減少了數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)和通信量;節(jié)點(diǎn)采用小功率與最近距離鄰居節(jié)點(diǎn)通信,形成了多跳通信方式,有效地利用了能量,與LEACH協(xié)議相比能大幅度提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。但是,其主要存在以下4個(gè)問題。
①簇頭節(jié)點(diǎn)是全網(wǎng)中唯一能與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的節(jié)點(diǎn),一旦簇頭出現(xiàn)敵障,則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將陷于癱瘓。
②協(xié)議假定每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)能夠直接與匯聚節(jié)點(diǎn)通信,而在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中,傳感器節(jié)點(diǎn)一般需要多跳的形式從而降低能量消耗。
③盡管該路由協(xié)議避免了重構(gòu)簇的開銷,但由于傳感器節(jié)點(diǎn)需要知道鄰居節(jié)點(diǎn)的能量狀態(tài)以及地理位置信息,協(xié)議仍需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對那些利用率較高的網(wǎng)絡(luò)而言,拓?fù)涞恼{(diào)整會(huì)帶來更大的開銷。
④協(xié)議所構(gòu)建的鏈接中,遠(yuǎn)距離的節(jié)點(diǎn)會(huì)引起過多的數(shù)據(jù)延時(shí)。
為了解決端到端延時(shí)較大的問題,Lindsey等提出了二進(jìn)制和3層數(shù)據(jù)融合方案,即 Hierarchical-PEGASIS路由。針對節(jié)點(diǎn)具有CDMA功能的二進(jìn)制融合算法是:數(shù)據(jù)融合在PEGASIS鏈相鄰節(jié)點(diǎn)之間同時(shí)進(jìn)行,然后逐層向上,直到最后簇頭提交給匯聚節(jié)點(diǎn),傳輸層級(jí)是L092N。
針對不具備CMDA功能的節(jié)點(diǎn),采用3層融合算法:PEGASIS鏈上多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)組成一組,每組一次進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,以減少信號(hào)沖突。協(xié)議分為3層,最后由簇頭負(fù)責(zé)提交數(shù)據(jù)給匯聚節(jié)點(diǎn)。
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