[论文解读] On Sink Mobility Trajectory in Clustering Routing Protocols in WSNs

Nadeem Javaid, Qurat ul Ain+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2013

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 12被引用 8

一句话总结

本文提出将汇聚节点移动性集成到无线传感器网络（WSNs）的基于聚类的路由协议中，以延长网络寿命。通过使用MATLAB仿真对比静态汇聚节点与移动汇聚节点场景，作者表明，移动汇聚节点轨迹显著提升了能量效率，延长了LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN和H-TEEN协议的存活节点数量，并提升了吞吐量。

ABSTRACT

Energy efficient routing protocols are consistently cited as efficient solutions for Wireless Sensor Networks (WSNs) routing. The area of WSNs is one of the emerging and fast growing fields which brought low cost, low power and multi-functional sensor nodes. In this paper, we examine some protocols related to homogeneous and heterogeneous networks. To evaluate the efficiency of different clustering schemes, we compare five clustering routing protocols; Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH), Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network (TEEN), Distributed Energy Efficient Clustering (DEEC) and two variants of TEEN which are Clustering and Multi-Hop Protocol in Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network (CAMPTEEN) and Hierarchical Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network (H-TEEN). The contribution of this paper is to introduce sink mobility to increase the network life time of hierarchal routing protocols. Two scenarios are discussed to compare the performances of routing protocols; in first scenario static sink is implanted and in later one mobile sink is used. We perform analytical simulations in MATLAB by using different performance metrics such as, number of alive nodes, number of dead nodes and throughput.

研究动机与目标

• 研究汇聚节点移动性对WSN分层聚类路由协议能量效率的影响。
• 从网络寿命和能量消耗的角度，对比静态汇聚节点与移动汇聚节点场景。
• 在静态与移动汇聚节点条件下，评估五种聚类协议——LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN和H-TEEN——的性能。
• 分析汇聚节点移动轨迹对存活节点数、死亡节点数和吞吐量等关键指标的影响。
• 提供分析性证据，表明部署移动汇聚节点可提升使用聚类协议的WSN的持久性与效率。

提出的方法

• 使用MATLAB在相同网络条件下仿真五种聚类协议——LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN和H-TEEN。
• 实施具有预设轨迹的移动汇聚节点，以动态从各聚类收集数据，减轻簇头的能量负担。
• 通过存活节点数、死亡节点数和吞吐量等指标，对比性能表现。
• 采用分析性仿真，评估在静态汇聚节点（传统）与移动汇聚节点（所提）配置下的协议行为。
• 设计两种不同场景：一种为静态汇聚节点，另一种为遵循受控轨迹的移动汇聚节点。
• 应用性能评估标准，评估通过汇聚节点移动性实现的能量效率提升与网络寿命延长。

实验结果

研究问题

• RQ1 汇聚节点移动性如何影响基于聚类的WSN协议的网络寿命？
• RQ2 在静态与移动汇聚节点配置下，LEACH、TEEN、DEEC、CAMPTEEN和H-TEEN的性能表现有何差异？
• RQ3 与静态汇聚节点相比，移动汇聚节点在多大程度上减少了簇头的能量消耗？
• RQ4 汇聚节点移动轨迹如何随时间影响存活节点与死亡节点的数量？
• RQ5 在分层WSN路由中，通过部署移动汇聚节点，吞吐量与能量效率的提升程度如何？

主要发现

• 与静态汇聚节点配置相比，移动汇聚节点场景显著延长了网络寿命。
• 在所有测试协议中，使用移动汇聚节点时，存活节点数量能更长时间保持在较高水平。
• 由于能量消耗更均衡且数据传输距离缩短，移动汇聚节点场景下的吞吐量持续提升。
• DEEC协议在移动汇聚节点条件下表现出更优性能，表明其对移动性的更强适应能力。
• CAMPTEEN与H-TEEN变体通过汇聚节点移动性，有效减少了簇头能量耗尽。
• 所有五种协议的整体能量效率均因汇聚节点移动性而提升，其中最显著的改进体现在随时间推移的存活节点数量上。