由以上分析可知,当节点A接收到其所有一跳范围内相邻节点对其所发的requesti消息或所回送的granti消息后,节点A就决定自己的时隙为本轮之前其两跳范围内相邻节点还未占用的时隙中时隙号最小的那个时隙。然后节点A转
由以上分析可知,当节点A接收到其所有一跳范围内相邻节点对其所发的requesti消息或所回送的granti消息后,节点A就决定自己的时隙为本轮之前其两跳范围内相邻节点还未占用的时隙中时隙号最小的那个时隙。然后节点A转移到RELEASE状态,给其一跳范围内相邻节点广播一条releasei消息,releasei包含节点A所选定的时隙。节点A的一跳范围内相邻节点接收到releasei消息后,有两种处理情况:若该相邻节点还没有确定自己的时隙,则转移到IDLE状态;若该相邻节点已经确定了自己的时隙,则转移到RELEASE状态,然后将该releasei消息重新广播给自己的一跳相邻节点,此时的releasei消息称为two.hop.releasei(两跳释放)消息。节点接收到two.hop.releasei消息后就能够估计k值大小。图3为DRAND算法的具体实现流程。DRAND算法能保证节点两跳范围内的时隙没有重叠,数据收发不会产生干扰和冲突。同时DRAND算法还具有良好的适应性和鲁棒性,因为它不依赖整个网络的拓扑结构,只是根据两跳范围内的节点数来分配时隙。用DRAND算法实现无线传感器网络MAC协议时隙分配,由于是相邻节点竞争公共信道的访问,所以节点的消息传输延时可能受其相邻区域大小的限制,设节点j在第k个循环获得一个时隙的概率期望值为Pr(jleave,t)。
3实验仿真与结果分析
为了评估协议的各项性能,使用网络仿真软件NS.2进行仿真分析,采用改进协议(New.MAC)和漏斗.MAC协议(Funneling.MAC)对比仿真的形式来比较和分析为了验证改进协议的正确性和各项性能指标,本文采用图1所示的仿真拓扑结构:20个普通传感器节点和一个Sink节点0。普通节点随机部署,节点发送的数据通过其他节点的路由转发最后都汇聚至Sink节点0。传感器节点随机部署在1000m×1000m的区域,节点的场景部署和数据流配置采用NS2自带的setdest和cbrgen工具来进行设置,应用层采用不同间隔的CBR数据流,需要注意的是本文的仿真实验每个节点都是静止的,节点的工作频率为ISM频段的914×106Hz,路由协议采用表驱动路由协议(DSDV协议),每次仿真时间为1000s。仿真初始参数设置如下:节点初试能量为100J;发送状态能量消耗Pt=15μW;接受状态能量消耗Pr=10μW;空闲状态能量消耗Pi=5μW;睡眠状态能量消耗Ps=1μW;唤醒节点能量消耗Pw=3μw。图4此处原文图序有问题,需仔细核对修改是否正确】所示为节点两跳范围吞吐量对比情况。由于改进后的协议在Sink节点附近使用DRAND算法,可以保证漏斗区域节点两跳范围的数据收发时隙没有重叠,因此,当网络发送节点增加时,DRAND算法可以为收据收发节点分配互不冲突的时隙,这是集中式TDMA算法无法做到的,如图4所示,随着数据发送节点的增加,改进协议两跳范围吞吐量要大于原协议。
图5两跳范围丢包率图6所示为网络节点平均能量消耗对比情况。其计算方法是:网络中所有节点消耗的总能量,除以节点数。本文的改进协议由于引入DRAND算法,网络中各节点只在各自的时隙内收发正确的数据,极大地避免了干扰和数据冲突,从而能节省系统能量消耗。如图6所示,改进后的协议能量消耗要小于原协议,特别是在网络数据流量增大的时候。图片
图6网络节点平均能量消耗5结语
本文给出了一种改进的应用于无线传感器网络的漏斗.MA协议,在靠近Sink节点的漏斗区域,通过引入DRAND算法,给两跳范围内节点分配不同的时隙,极大限度地避免了数据干扰和冲突,使数据快速有效地传输。仿真结果表明,在所有条件设定一致的情况下,改进后的协议能保持较高的系统吞吐量和信道利用率,延长网络使用寿命。
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