·142- 智能系统学报 第3卷 的丛集，对各丛集内的节点做能量分析，判断各个丛 前n个丛集，n为移动节点数目，透过排列组合分 集是否需要移动节点的支持.此阶段制订2个丛集 析，移动节点与需求支持丛集一对一分配，寻找出节 的判断条件，条件1：丛集不平衡；条件2：丛集头能 点总移动距离最短的组合 量过低 最后，在支持分配结束后接着进行丛集调整，分 条件1，丛集不平衡的判断如式(1)： 配到支持的丛集支持移动式感测节点为新的丛集 Eaum Num, 头，旧丛集头则转换为一般丛集成员，移动式传感器 1) Eelusteraverage<Etotahaverag 设定阶段结束」 式中：E品usteraerag表示丛集i内，全部非移动式节点 2.4数据通信 的平均能量；m表示丛集i内，非移动式节点能量 在数据通信阶段，进行控制信息的发布以及真 小于品ser average的节点数目；Fiotalaverag表示环境中 正的丛集运作，接着恢复LEACH运作，进行下列 全部非移动式节点的平均能量；Num为可调整的 工作：1)感测节点将数据传送至所属的丛集头；2)丛 参数Num习). 集头节点接收并聚集数据；3)丛集头传送数据至基 条件2，丛集头能量过低的判断如式2)： 地台.各丛集中节点传送数据至丛集头，皆利用 Ehead current<刀来Ehead need (2) TDMA1的排程，分配各个节点属于自己的传送时 式中：品td表示丛集i的簇头负责在此回合接收 槽，避免产生数据碰撞，而各个丛集之间也都使用各 丛集内成员传送的数据以及将数据聚集并传送至基 自的扩展码(spreading code),避免丛集之间的信号 地台所需要的最少能量！ 影响 curret表示丛集i的丛集头能量】 3 仿真结果 n:可调整的参数(n习). 当丛集的状况符合上述两条件之一时，则认定 仿真分析结果主要是比较BMSN与LEACH、 此丛集需要支持，并且将此丛集列入被支持丛集的 LEAC什C,分析网络的运行时间以及移动节点的利用 优先权排序.当条件2成立的时候，丛集头节点的能 状况.利用Matlab进行仿真比较，参数设定如表1 量可能己经达到担任丛集头所需消耗之高额能量的 表1参数设定值 临界值，因此将视为最高优先支持的丛集，此状况在 Table 1 Parameter define 网络运作的后半段将越趋明显.而条件一成立时，只 动 数 value 是表示在此回合中的某个丛集有部分节点能量较低 网络区域大小 400MB X400MB 所造成丛集成员能量不平衡状况，因此条件一视为 次优先支持的丛集，此状况在网络运作时间内皆可 基站位置坐标 (200,200) 能发生 节点总数 200 2.3移动节点设定 分簇个数 J 在确定需要支持的丛集之后，移动节点设定阶段 节点初始化能量/J 1.0 主要进行3个工作：)计算需要支持丛集的虚拟丛集 头位置：2)判断及分配移动节点，3)新丛集调整 传送包大小/bit 2000 首先，根据各个需要支持丛集的信息，设定支持 数据聚合能耗 5nl/(bit·message) 丛集所分配给移动节点的支持位置.基站收集丛集 Num 节点总数的一半 内节点信息，计算出最优簇首位置，并通知移动节点 100 移动至该位置，即为移动节点移动的距离.在移动节 点能量满足担任簇头消耗能量基础上，确保需要支 模拟在400MBX400MB的环境中，均匀部署 持的丛集消耗的总能量最小.接着，将移动节点分配 200个感测节点（包含数个移动节点）.并且定义环 给需要支持的丛集，分为2种状况： 境中的一般感测节点的死亡数目到达150的时候， 状况1：移动节点数目需要支持的丛集数目 网络终止.一般感测节点能量以1.0J均匀分配.移 状况2：移动节点数目<需要支持的丛集数目. 动节点能量参考文献[9]，假设其能量约17000J 当状况1，通过排列组合分析，移动感测节点与 (可移动距离约15000m).在丛集数目上，分割为5 需求支持丛集一对一分配，寻找出节点总移动距离 个丛集，并且丛集头在数据融合的消耗能量为5/ 最短的组合 (bit·message1).Num为式(1)中丛集不平衡条件 当状况2，由于移动节点数目不足以支持全部 之参数，？为式(2)中丛集头能量过低条件之参数 丛集，根据被支持丛集的优先权排序，选择排序中的 仿真场景分2种情况：casel,移动节点数目小 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net的丛集 ,对各丛集内的节点做能量分析 ,判断各个丛 集是否需要移动节点的支持. 此阶段制订 2 个丛集 的判断条件 ,条件 1 :丛集不平衡 ;条件 2 :丛集头能 量过低. 条件 1 ,丛集不平衡的判断如式(1) : E i num > Num , E i cluster2average < Etotal2average . (1) 式中 : E i cluster2average表示丛集 i 内 , 全部非移动式节点 的平均能量; E i num表示丛集 i 内 ,非移动式节点能量 小于 E i cluster2average 的节点数目; Etotal2average 表示环境中 全部非移动式节点的平均能量; Num 为可调整的 参数(Num ≥1) . 条件 2 ,丛集头能量过低的判断如式(2) : E i head2current <η3 E i head2need (2) 式中 : E i head2need表示丛集 i 的簇头负责在此回合接收 丛集内成员传送的数据以及将数据聚集并传送至基 地台所需要的最少能量. E i head2current表示丛集 i 的丛集头能量. η:可调整的参数(η≥1) . 当丛集的状况符合上述两条件之一时 ,则认定 此丛集需要支持 ,并且将此丛集列入被支持丛集的 优先权排序. 当条件 2 成立的时候 ,丛集头节点的能 量可能已经达到担任丛集头所需消耗之高额能量的 临界值 ,因此将视为最高优先支持的丛集 ,此状况在 网络运作的后半段将越趋明显. 而条件一成立时 ,只 是表示在此回合中的某个丛集有部分节点能量较低 所造成丛集成员能量不平衡状况 ,因此条件一视为 次优先支持的丛集 ,此状况在网络运作时间内皆可 能发生. 2. 3 移动节点设定 在确定需要支持的丛集之后,移动节点设定阶段 主要进行 3 个工作:1) 计算需要支持丛集的虚拟丛集 头位置;2)判断及分配移动节点;3)新丛集调整. 首先 ,根据各个需要支持丛集的信息 ,设定支持 丛集所分配给移动节点的支持位置. 基站收集丛集 内节点信息 ,计算出最优簇首位置 ,并通知移动节点 移动至该位置 ,即为移动节点移动的距离. 在移动节 点能量满足担任簇头消耗能量基础上 ,确保需要支 持的丛集消耗的总能量最小. 接着 ,将移动节点分配 给需要支持的丛集 ,分为 2 种状况 : 状况 1 :移动节点数目需要支持的丛集数目. 状况 2 :移动节点数目 < 需要支持的丛集数目. 当状况 1 ,通过排列组合分析 ,移动感测节点与 需求支持丛集一对一分配 ,寻找出节点总移动距离 最短的组合. 当状况 2 ,由于移动节点数目不足以支持全部 丛集 ,根据被支持丛集的优先权排序 ,选择排序中的 前 n 个丛集 , n 为移动节点数目 , 透过排列组合分 析 ,移动节点与需求支持丛集一对一分配 ,寻找出节 点总移动距离最短的组合. 最后 ,在支持分配结束后接着进行丛集调整 ,分 配到支持的丛集支持移动式感测节点为新的丛集 头 ,旧丛集头则转换为一般丛集成员 ,移动式传感器 设定阶段结束. 2. 4 数据通信 在数据通信阶段 ,进行控制信息的发布以及真 正的丛集运作 ,接着恢复 L EACH 运作 ,进行下列 工作 :1) 感测节点将数据传送至所属的丛集头 ;2) 丛 集头节点接收并聚集数据 ;3) 丛集头传送数据至基 地台. 各丛集中节点传送数据至丛集头 ,皆利用 TDMA [8 ]的排程 ,分配各个节点属于自己的传送时 槽 ,避免产生数据碰撞 ,而各个丛集之间也都使用各 自的扩展码(spreading code) ,避免丛集之间的信号 影响. 3 仿真结果 仿真分析结果主要是比较 BMSN 与 LEACH、 LEACH2C,分析网络的运行时间以及移动节点的利用 状况.利用 Matlab 进行仿真比较 ,参数设定如表 1. 表 1 参数设定值 Table 1 Parameter define 参 数 value 网络区域大小 400MB ×400MB 基站位置坐标 (200 ,200) 节点总数 200 分簇个数 5 节点初始化能量 / J 1. 0 传送包大小 / bit 2 000 数据聚合能耗 5nJ/ (bit ·message - 1 ) Num 节点总数的一半 η 100 模拟在 400MB ×400MB 的环境中 ,均匀部署 200 个感测节点 (包含数个移动节点) . 并且定义环 境中的一般感测节点的死亡数目到达 150 的时候 , 网络终止. 一般感测节点能量以 1. 0 J 均匀分配. 移 动节点能量参考文献[ 9 ] ,假设其能量约 17 000 J (可移动距离约 15 000 m) . 在丛集数目上 ,分割为 5 个丛集 ,并且丛集头在数据融合的消耗能量为 5nJ/ (bit ·message - 1 ) . Num 为式(1) 中丛集不平衡条件 之参数 ;η为式(2) 中丛集头能量过低条件之参数. 仿真场景分 2 种情况 : case1 ,移动节点数目小 · 241 · 智 能 系 统 学 报 第 3 卷