無線傳感器網絡中節點相關性的研究

[摘 要] 無線傳感器網絡中的SMAC協議是采用基于競爭的信道接入機制，帶有沖突避免的載波監聽，但是SMAC協議中節點沒有區別劃分，導致冗余信息過多。對此進行改進，可在節點傳輸數據之前，按照節點的相關性計算方法，增加節點分類，并增加監聽占空比，以減少信息傳輸過程中的能耗。

[關 鍵 詞] SMAC；節點相關性；無線傳感器網絡

[中圖分類號] TN919 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）33-0120-01

一、引言

無線傳感器網絡中信道資源的分配方式由SMAC協議決定，它是保障網絡通信的關鍵協議之一。SMAC協議是采用基于競爭的信道接入機制，帶有沖突避免的載波監聽多路訪問機制。本文增加節點相關性的計算，并增加監聽占空比，使節點傳輸數據之前按照相關性分類，以有效降低信息傳輸過程中的能耗。

二、節點相關性計算

選取一個無線傳感器網絡區域，節點在區域內隨機分布，收到匯點發送的數據采集命令后，節點開始感知并采集數據。在一定范圍內，節點感知的數據有一定的相似性，通過計算節點的各自的信息熵，表示節點發送一個數據包所提供的平均信息量。然后可以計算出節點之間的聯合熵，通過比較聯合熵數值與特定閾值ε大小，表示出節點數據的相關性。

H（x）表示節點i的信息熵，H（y）表示節點j的信息熵，其中p（xi）是i節點采集到的監測事件的概率，p（yj）是j節點采集到的監測事件的概率，n為可能采集到的事件總和。

節點i和節點j之間的聯合熵表示如下：

ZH（x，y）=-p（xi，yj）log2 p（xi，yj）

其中，p（xi，yj）是xi，yj組成的二維隨機變量的聯合概率。

一般來說，H（x，y）≤H（x）+H（y），如果H（x，y）=H（x）+H（y），表示兩個節點采集的信息不相關，H（x，y）/（H（x）+H（y））表示的是第i個節點和第j個節點采集數據的相關度。相關系數表示為K=1-H（x，y）/（H（x）+H（y））。在滿足一定的網絡應用要求基礎上，設參數ε=0.8為節點相關系數的門限值，通過節點i感知信息流與它所存在的相關區域內節點感知信息均值的相關系數K，確定節點i的類型。當0

所有的節點，通過計算各自的信息熵和彼此之間的聯合熵和，得到節點之間的相關系數值。將ε

消息幀結構

三、實驗結果

實驗使用一跳場景仿真：100m*100m的區域內布置21個節點，Sink節點作為數據接收節點，位于網絡中心，坐標為（50，50）。節點初始能量都為100J，其他20個節點隨機分布于Sink節點四周。改進的SMAC協議的占空比設置為10%。偵聽睡眠周期為1.6s，偵聽時間0.16s，相關區域代表性節點選取周期T為4倍的偵聽睡眠周期6.4s。

數據選擇從100s開始發送，在此之前兩種協議已經消耗部分能量，因為改進的SMAC協議增加了節點相關性計算，能耗高出SMAC約1J左右。SMAC協議占空比不變，前期隨著流量增大，能耗基本保持穩定增長。當網絡流量變化劇烈、數據流量高，容易發生冗余狀態時，改進后的SMAC協議在能耗上比原來的SMAC明顯降低。

四、結語

本文根據SMAC協議及不足之處加以分析，提出了一種根據節點之間的相關性算法，把相似節點劃分到一定區域，并從中選出代表節點負責本區域的數據傳輸。代表節點以剩余能量和距離Sink節點距離值為參數進行周期選舉，有效減少冗余信息傳遞。實驗結果表明：增加節點相關性計算的SMAC協議的網絡平均能耗上有很好的改進。

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