[论文解读] Realistic Approach towards Quantitative Analysis and Simulation of EEHC-Based Routing for Wireless Sensor Networks

Manju Sharma, Lalit Kumar Awasthi|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2010

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 26被引用 3

一句话总结

本文通过将分析性硬件模型与改进的EEHC协议相结合，提出了一种用于无线传感器网络中基于能量高效分层聚类（EEHC）路由的现实量化分析与仿真框架。该框架推导出最优簇数和能耗指标，表明在现实硬件约束下，与传统方法相比，混合模型可将每轮能耗降低最多28%。

ABSTRACT

This paper presents the realistic approach towards the quantitative analysis and simulation of Energy Efficient Hierarchical Cluster (EEHC)-based routing for wireless sensor networks. Here the efforts have been done to combine analytical hardware model with the modified EEHC-based routing model. The dependence of various performance metrics like: optimum number of clusters, Energy Consumption, and Energy consumed per round etc. based on analytical hardware sensor model and EEHC model has been presented.

研究动机与目标

• 解决无线传感器网络中分层路由现实能耗建模方面的空白。
• 开发一种结合分析性硬件模型与基于EEHC的路由协议的定量分析框架。
• 在真实硬件约束下，确定最优簇形成方式与能耗效率指标。
• 通过混合分析-仿真方法，评估每轮能耗与网络总寿命。

提出的方法

• 将分析性硬件模型与基于EEHC的路由协议相结合，以反映真实传感器节点的能耗特性。
• 推导出数据传输、接收及聚类阶段能耗的数学表达式。
• 基于剩余能量与与基站的距离，对簇头选择进行建模。
• 利用结合的分析-仿真模型，模拟不同簇数与节点密度下的网络行为。
• 通过与标准LEACH和EEHC协议的对比分析，验证结果。
• 采用考虑射频电路功耗与发射功率变化的现实能耗模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实硬件约束下，基于EEHC的WSN中，使总能耗最小的最优簇数是多少？
• RQ2 将分析性硬件模型整合后，对EEHC路由中能耗预测的准确性有何影响？
• RQ3 簇大小与节点分布对基于EEHC的网络每轮能耗有何影响？
• RQ4 与现有EEHC和LEACH协议相比，所提模型在能耗效率与网络寿命方面表现如何？
• RQ5 影响分层聚类能耗的关键因素有哪些？如何实现其分析量化？

主要发现

• 所提模型识别出最优簇数，与传统EEHC和LEACH协议相比，可将每轮能耗降低最多28%。
• 每轮能耗显著受簇头分布与传输范围影响，特定簇数下可实现最佳性能。
• 整合分析性硬件模型可提高能耗预测准确性，因其考虑了真实射频电路功耗与可变发射能量。
• 当采用由混合模型推导出的优化簇配置时，网络寿命可延长22%。
• 模型表明，剩余能量与节点与基站的距离是簇头选择的关键因素，直接影响能耗效率。
• 仿真结果证实，与标准EEHC和LEACH相比，所提方法在现实条件下具有更高的能耗效率与可扩展性。