[开关电源]求解惑:原边反馈和副边有资料说基于副边反馈的电路组件数目较多,所需电路板空间大。
但是我觉得电源主要还是变压器在决定其体积的大小,两种拓扑结构都需要变压器,在体积上貌似不是很大。
求大牛指点
摘 要: 通过分析LEACH协议的优缺点,提出了一种改进的基于位置的水声传感器网络分簇路由协议——PBCP。该协议对LEACH的簇首选择机制进行了改进,同时基于位置信息将簇首与Sink节点之间的通信由单跳改为多跳。仿真结果表明,与LEACH协议相比,PBCP协议能够有效节约节点能量,平衡网络负载,延长网络生存时间。
关键词: 水声传感器网络;位置;分簇;路由协议
水声传感器网络(Underwater Acoustic Sensor Networks)是水声通信技术与无线传感器网络结合所产生的一个新的研究领域,经常应用于对固定海域的长期监测。这种网络一旦部署完毕,就需要在水下长期工作,而且,在此期间一般不会更换节点电池,因此延长网络生命期成为水声传感器网络的一个热点问题。在路由协议中,合理地选择路由对提高节点的能量效率、延长网络生命期十分重要[1]。LEACH协议分簇概念被引入之后,使得网络在节能以及网络寿命方面得到了很大提高,然而LEACH协议在水声传感器网络中的应用也有其自身不可忽略的局限性[2]。本文在LEACH算法的基础上介绍了一种改进的路由算法PBCP(Position-based Clustering Protocol),该算法在簇首选举过程中充分考虑节点的能量因素,避免剩余能量较低的节点成为簇首节点。
1 LEACH协议及性能分析
1.1 LEACH算法描述
LEACH协议的全称是“低功耗自适应集群分层协议”(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy),它采用动态分簇技术,使网络中的所有节点轮换充当簇首,以均衡网络中的能量消耗,延长整个网络的生命周期。在LEACH算法中,节点自组织成不同的簇,每个簇只有一个簇首。所有非簇首节点将自己的数据发给所属簇的簇首节点,为减少冗余数据的传输,簇首节点在数据融合后将数据发送给远方的Sink节点[3]。这样,每个非簇首节点都只需要知道自己所属簇的簇首信息即可,簇首也只需要维持很小的路由表,为了避免簇首能量消耗过快,每个节点须轮流担任簇首。
因此LEACH算法的实现分成若干轮,每一轮又可分成簇形成阶段和簇传输阶段,而簇传输阶段远远长于簇形成阶段。在簇形成阶段,每一个还没有担任过簇首的节点分别生成0~1之间的随机数,如果生成的随机数小于给定的阈值T(n),则选择为簇首。T(n)的计算方法如下:
其中,p是簇首在所有节点中所占的百分比,r是选举轮数,G代表最近l/p轮中还没有当选过簇首的节点集合。
一旦节点被选定为簇首后,就向外发送簇首广播信息。非簇首节点根据收到的簇首广播信息的信一体成型贴片电感制造商号强弱决定要加入哪个簇,并向将要加入簇的簇首发送入簇请求。簇首在收到请求后将该节点加入自己的路由表并为每个节点设定一个TDMA定时消息,并且通知该簇中所有节点。此后的簇传输阶段,簇内节点按照该TDMA时间表与簇首进行通信,簇首节点接收簇内其他节点发送的数据,并将这些数据进行融合,然后发送给Sink节点。每隔一定时问,整个网络重新进入簇形成阶段开始新一轮的簇首选举过程。
1.2 LEACH算法的不足
LEACH协议采用层次结构,与平面路由相比简化了路径的选择及路由信息的存储,同时自适应随机选取簇首节点,利于实现全网负载的均衡。但是LEACH协议存在下列3个方面的问题,制约着网络能量的均衡消耗。
(1)节点担任簇首是严格的等概率选择,能量较低的节点一旦成为簇首很容易耗尽能量而死亡;
(2)每一轮通信结束后都要重新执行簇首选择和簇内、簇间路由的建立,导致了大量的能量消耗;
(3)簇首节点以单跳形式向基站传送数据,不仅会导致距离基站较远节点的能量消耗过大,也不利于网络的大规模扩展。
2.2 链路层协议
2.2.1 链路层协议的选择
与陆地传感器网络不同,水声传感器网络具有传输时延大、可用频带有限、严重的时变多途影响等。因此选取合理有效的链路层协议显得至关重要。链路层协议的基本任务是为传感器节点分配有限的水声信道资源,避免冲突。
由于水声信道为共享介质,节点发送数据的过程中可能会与其他节点发送的数据产生碰撞,造成发送包被丢弃,需重传发送的数据,导致碰撞节点发送这些数据消耗更多额外的能量,同时节点会接收并处理不必要的数据,然后再将其丢弃,造成节点的无线接收模块和处理器模块消耗更多的能量。因此需要考虑采用信道复用技术来合理分配水声信道。常用的信道复用技术包括频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA[5]。由于水声信道的通信带宽非常有限,通常只有几千赫量级,基本无法使用频分多址技术实现多用户通信;而时分多址要求有时间保护间隔,且对时间同步的要求非常高,所以不适合大范围的水声通信;码分多址是实现水下多用户通信的可行技术选择[6]。