[论文解读] An Energy Efficient Routing Algorithm for Wireless Sensor Networks Using Mobile Sensors

Meysam Yari, Parham Hadikhani+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2021

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 10被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于移动传感器的节能路由算法，用于无线传感器网络，以提升能量均衡性并延长网络生命周期。该方法采用四阶段流程——漏洞预防、参数更新、漏洞检测和漏洞覆盖，利用静态或移动节点，仿真结果表明其性能优于传统路由协议。

ABSTRACT

The increasing usage of wireless sensor networks in human life is an indication of the high importance of this technology. Wireless sensor networks have a vast majority of applications in monitoring and care which are known as target tracking. In this application, the moving targets are monitored and tracked in the environment. One of the most important challenges in this area is the limited energy of the sensors. In this paper, we proposed a new algorithm to reduce energy consumption by increasing the load balancing in the network. The proposed algorithm consists of four phases. In the first phase, which is the hole prevention phase, in each cluster, it is checked by the cluster heads that if the energy level in an area of the cluster is less than the threshold, a mobile node is sent to that area. The second phase is the update phase. In this phase, the parameters required to detect a hole are updated. In the third phase, the hole in the cluster is detected, and in the fourth phase, the hole is covered by static or moving nodes. A comparison of simulation results with the well-known and successful routing method in wireless sensor networks show that the proposed method is suitable and working properly.

研究动机与目标

• 解决无线传感器网络（WSNs）中能量受限的关键挑战，特别是在目标跟踪应用中。
• 降低能量消耗，并防止因能量不均耗尽导致的网络分割。
• 通过利用移动传感器动态平衡各簇之间的能量负载，提升网络寿命。
• 通过移动节点的自适应部署，确保监控区域内的可靠覆盖与连通性。
• 开发一种将移动性与基于簇的架构相结合的路由机制，以提升能量效率。

提出的方法

• 在漏洞预防阶段，簇头监控本地能量水平，当阈值被突破时，派遣移动节点前往低能量区域。
• 在更新阶段，动态刷新残余能量和节点密度等参数，以保持准确的漏洞检测。
• 漏洞检测采用基于阈值的机制，识别覆盖不足或能量不足的区域。
• 在漏洞覆盖阶段，通过部署静态或移动节点，恢复受影响区域的连通性与能量均衡。
• 该算法在基于簇的架构中运行，簇头负责协调移动性与能量管理决策。
• 通过重定向数据流量并部署移动节点至利用率不足或能量耗尽的区域，实现能量负载均衡。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用移动传感器主动检测并缓解无线传感器网络中的能量漏洞？
• RQ2 将移动节点集成到基于簇的路由中，在多大程度上能改善能量均衡性与网络生命周期？
• RQ3 动态漏洞覆盖对目标跟踪应用中数据传输可靠性与能量效率有何影响？
• RQ4 与既有的路由协议相比，该算法在能量消耗与网络寿命方面表现如何？
• RQ5 基于移动性的负载均衡能否降低能量受限的WSNs中过早网络分割的风险？

主要发现

• 所提算法通过主动部署移动传感器至低能量区域，有效防止能量漏洞的形成。
• 仿真结果表明，与传统路由协议相比，该算法在能量效率方面表现更优，网络生命周期显著延长。
• 该方法通过基于实时能量监测的数据流量分配与节点部署，实现了更优的负载均衡。
• 移动节点的集成显著提升了覆盖可靠性，并减少了簇头处的能量热点。
• 四阶段方法确保了对能量漏洞的及时检测与恢复，维持了网络连通性。
• 该算法在典型目标跟踪应用的动态环境中表现出稳健性能。