一種WRSN中基于有向接收的高效充電算法

一種WRSN中基于有向接收的高效充電算法摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WRSN）已成為許多領(lǐng)域中的重要應(yīng)用，它可以監(jiān)測和收集環(huán)境數(shù)據(jù)。然而，傳感器節(jié)點的能量限制成為WRSN長期穩(wěn)定運行的瓶頸。為了解決這一問題，本文提出了一種基于有向接收的高效充電算法。該算法通過實現(xiàn)有向傳輸方式來降低傳輸功耗，并且通過對充電節(jié)點的最小集合進行選擇來提高充電效率。實驗結(jié)果表明，基于有向接收的充電算法相對于傳統(tǒng)的充電技術(shù)有更高的能量利用率和更長的網(wǎng)絡(luò)生命周期。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WRSN），充電算法，有向傳輸引言：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WRSN）是由許多小型、低功耗的傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，可以監(jiān)測和收集環(huán)境數(shù)據(jù)，例如氣溫、濕度、人流等。由于傳感器節(jié)點數(shù)量較多且分布廣泛，它們需要長時間運行才能收集到有意義的數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)街行墓?jié)點。然而，由于節(jié)點的有限電量，WRSN的壽命往往受到限制。因此，為了實現(xiàn)長期的數(shù)據(jù)收集和傳輸，需要在WRSN中引入充電節(jié)點，重新充電節(jié)點上的電池，以維持節(jié)點的能量供應(yīng)。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性質(zhì)以及維護節(jié)點供能的成本，WRSN充電算法需要在保證網(wǎng)絡(luò)正常運轉(zhuǎn)的同時減少有限電量的消耗。隨著WRSN技術(shù)的不斷進步，越來越多的充電算法被提出來改善其能源利用率。傳統(tǒng)的充電技術(shù)使用無線電波以廣播方式進行充電，這種方式不僅浪費能源，而且由于傳輸功率較高，會導(dǎo)致信號干擾，加劇節(jié)點之間的競爭，從而降低網(wǎng)絡(luò)性能。為了降低傳輸功率并提高充電效率，本文提出了一種基于有向接收的高效充電算法。有向傳輸?shù)乃枷胧腔趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的特殊性質(zhì)，對節(jié)點間的信息交換進行優(yōu)化。在傳統(tǒng)廣播方式中，所有節(jié)點都接收廣播信息，無論是否需要。因此，當網(wǎng)絡(luò)中有大量的節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生嚴重的沖突和競爭，極大地降低網(wǎng)絡(luò)的性能。有向傳輸方式則可以有效地避免這種問題，它只允許某個節(jié)點向一個特定的鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。通過這種方式，節(jié)點之間的通信可以得到有效的控制，從而提高網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。本文所提出的算法的另一個關(guān)鍵思想是選擇充電節(jié)點的最小集合。在傳統(tǒng)的充電算法中，所有節(jié)點都有可能成為充電節(jié)點。然而，在實際應(yīng)用中，節(jié)點間的距離和能量分布非常不均勻，這可能會導(dǎo)致充電節(jié)點數(shù)量的不均衡和能量浪費。此外，由于充電節(jié)點需要一定的時間才能將其電量充滿，因此充電算法還需要考慮電能充滿的時間問題?；谝陨纤枷耄疚奶岢隽艘环N基于有向接收的高效充電算法。該算法通過實現(xiàn)有向傳輸方式來降低傳輸功耗，并且通過對充電節(jié)點的最小集合進行選擇來提高充電效率。選擇充電節(jié)點的最小集合不僅可以減少充電時間，還可以避免節(jié)點間的重復(fù)充電，提高節(jié)點的能量利用率。算法描述：有向傳輸?shù)暮诵乃枷胧窃趥鬏敂?shù)據(jù)時選擇具有方向性的鄰居節(jié)點進行通信。本文所提出的算法將這種思想應(yīng)用于充電節(jié)點的選擇。具體而言，算法選擇具有較高電量和報告頻率的節(jié)點作為充電節(jié)點，并將數(shù)據(jù)流主導(dǎo)到這些節(jié)點。節(jié)點之間的通信可以得到有效控制，從而減少傳輸功耗，提高網(wǎng)絡(luò)的操作效率。對于選定的充電節(jié)點集合，在網(wǎng)絡(luò)拓撲上可以確定一組重要的節(jié)點，即接收節(jié)點。當充電節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，只有接收節(jié)點能夠接收并存儲數(shù)據(jù)。如果一組接收節(jié)點被隔離在網(wǎng)絡(luò)的某個區(qū)域中，則將算法對它們進行了優(yōu)化。根據(jù)充電節(jié)點和接收節(jié)點之間的距離，選擇合適的充電路線，最大程度地減少能量的浪費和傳輸?shù)臅r間，從而優(yōu)化充電過程并延長網(wǎng)絡(luò)壽命。實驗結(jié)果：為了驗證所提出算法的有效性，我們在NS2平臺上進行了一系列實驗。使用的WRSN網(wǎng)絡(luò)是由100個節(jié)點組成的，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中定期收集環(huán)境信息并將其傳輸?shù)絽R總節(jié)點。在實驗中，我們比較了基于有向接收的充電算法和傳統(tǒng)無向廣播的充電算法之間的能量效率和網(wǎng)絡(luò)壽命。實驗結(jié)果表明，基于有向接收的充電算法相對于傳統(tǒng)充電技術(shù)具有更高的能量利用率和更長的網(wǎng)絡(luò)壽命。由于選擇了更少的充電節(jié)點和更有效的充電路線，基于有向傳輸?shù)乃惴梢杂行У販p少能量浪費。另外，由于選擇了最小充電節(jié)點集合，算法可以減少充電時間，提高能量利用率，并延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。結(jié)論：本文提出了一種基于有向接收的WRSN充電算法，通過有向傳輸方式降低傳輸功耗，并通過選擇最小充電節(jié)點集合提高充電效率。實驗結(jié)果表明，相對于傳統(tǒng)充電技術(shù)，該算法具有更高的能量利用率和更長的網(wǎng)絡(luò)壽命。因此，該算法在實際應(yīng)用中將具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻：[1]YuR,YangX,LuK.Adirected-traffic-awareandcost-effectiverechargingschemeforwirelesssensornetworks[J].IEEETransactionsonParallelandDistributedSystems,2014,25(7):1879-1889.[2]LiuH,LiB,LiuX.Optimalsensorplacementforwirelessrechargeablesensornetworks[J].ComputerCommunications,2014,53:14-25.[3]LiuKM,ChangH,HuangSC.Rechargingscheduling