[论文解读] MEEP: Multihop Energy Efficient Protocol For Heterogeneous Wireless Sensor Network

Surender Kumar, Manish Prateek+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2014

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 6被引用 4

一句话总结

该论文提出MEEP，一种用于异构无线传感器网络的多跳节能协议，通过结合分簇与多跳通信以延长网络寿命。通过使用高能量节点作为中继节点，并采用基于剩余能量的簇头选择机制及休眠状态，MEEP提高了能量效率，在仿真中表现出优于SEP的网络寿命与能量节约性能。

ABSTRACT

Energy conservation of sensor nodes for increasing the network life is the most crucial design goal while developing efficient routing protocol for wireless sensor networks. Recent technological advances help in the development of wide variety of sensor nodes. Heterogeneity takes the advantage of different types of sensor nodes and improves the energy efficiency and network life. Generally sensors are deployed randomly and densely in a sensing region so short distance multihop communication reduces the long distance transmission in the sensor network. In this research paper MEEP (multihop energy efficient protocol for heterogeneous sensor network) is proposed. The proposed protocol combines the idea of clustering and multihop communication. Heterogeneity is created in the network by using some nodes of high energy. Low energy nodes use a residual energy based scheme to become a cluster head. High energy nodes act as the relay nodes for low energy cluster head when they are not performing the duty of a cluster head to save their energy further. Protocol also suggests a sleep state for nodes in the cluster formation process for saving energy and increasing the life of sensor network. Simulation result shows that the proposed scheme is better than other two level heterogeneous sensor network protocol like SEP in energy efficiency and network life.

研究动机与目标

• 为解决无线传感器网络（WSNs）中因能量不均衡消耗而导致的能量效率低下问题。
• 通过利用高能量与低能量节点的异构性，提升网络寿命。
• 通过在密集且随机部署的传感器场中启用多跳通信，减少长距离传输。
• 通过睡眠状态机制最小化簇形成阶段的能量消耗。
• 开发一种协议，与现有两级异构协议相比，实现能量负载均衡并延长网络运行时间。

提出的方法

• 协议采用基于剩余能量的机制，选举低能量节点作为簇头，确保能量感知的簇形成。
• 当高能量节点未担任簇头时，作为低能量簇头的中继节点，降低能量消耗。
• 采用多跳通信以最小化长距离传输，因长距离传输比短距离跳变更耗能。
• 在簇形成期间，节点进入休眠状态以节约能量并减少空闲监听。
• 协议整合分簇与多跳路由，以平衡能量负载并提升可扩展性。
• 通过基于剩余能量和节点能力分配特定角色，利用能量异构性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过优化路由与分簇，在异构无线传感器网络中提升能量效率？
• RQ2 与单跳传输相比，多跳通信在多大程度上降低了能量消耗？
• RQ3 基于剩余能量的簇头选择对网络寿命与能量平衡有何影响？
• RQ4 在簇形成阶段引入睡眠状态对能量节省有何影响？
• RQ5 与现有两级异构协议（如SEP）相比，MEEP的性能表现如何？

主要发现

• MEEP在异构WSNs中相比SEP协议显著提升了能量效率。
• 由于能量消耗均衡及高能量节点的有效利用，MEEP的网络寿命超过SEP。
• 多跳通信减少了长距离传输，降低了每数据传输的能量支出。
• 在簇形成阶段集成睡眠状态减少了空闲监听，实现能量节约。
• 高能量节点有效充当中继，减轻了低能量簇头的能量负担。
• 仿真结果证实，MEEP在能量效率与网络寿命方面均优于SEP。