李蘭英，蔣維成，周 玲，胡曉玲

(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 電子信息與計(jì)算機(jī)工程系，四川 樂山 614000)

0 引 言

無線傳感器常部署在野外無人值守的環(huán)境[1,2]。由于監(jiān)測(cè)過程的特殊性，無線傳感器常是一經(jīng)部署就不再改變。受設(shè)備的限制，無線傳感器自身攜帶的能量有限，而數(shù)據(jù)采集和通信都需要能量，這樣能量就成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的珍貴資源。為了增加網(wǎng)絡(luò)中的能量資源，無線傳感器的數(shù)量和密度都要達(dá)到一定要求，以保持能量的冗余，更好發(fā)揮其功能，提高系統(tǒng)的可靠性，使監(jiān)測(cè)順利進(jìn)行下去，減少意外因素導(dǎo)致的失敗。有時(shí)單個(gè)無線傳感器的能量無法完成對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)的時(shí)長(zhǎng)，需要眾多節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的分段監(jiān)測(cè)，通過時(shí)間接力才能達(dá)到規(guī)定的時(shí)長(zhǎng)。如區(qū)域中某密度下能量?jī)H維持5天的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器的密度增加就可以增加監(jiān)測(cè)的時(shí)間，在密度增加兩倍后，監(jiān)測(cè)時(shí)間可能延長(zhǎng)到10天，大大增加了對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)，提高了性能。這對(duì)于環(huán)境險(xiǎn)惡、部署難度大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以減少部署次數(shù)，節(jié)約成本。但是隨著網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器數(shù)量的增加，也增加了網(wǎng)絡(luò)管理的難度和復(fù)雜性，如何在復(fù)雜的監(jiān)測(cè)環(huán)境中安排好監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的輪換，保證任務(wù)順利執(zhí)行下去，使得對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)達(dá)到規(guī)定的要求，并高效地利用能量，使得監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的有效期得以延長(zhǎng)。這對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說具有重要意義。

1 相關(guān)研究

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中常采用分簇方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。文獻(xiàn)[3]依據(jù)距離匯聚節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)近以及節(jié)點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分層，根據(jù)分層網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點(diǎn)的位置和節(jié)點(diǎn)的剩余能量選擇每個(gè)分層的中心節(jié)點(diǎn)，采用分層聚類與節(jié)點(diǎn)管理機(jī)制降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗。文獻(xiàn)[4]根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量和位置信息選擇簇頭，均衡能量消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期。文獻(xiàn)[5]根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量和位置信息等參數(shù)優(yōu)化簇頭選取，簇頭與中繼節(jié)點(diǎn)之間利用單跳和多跳相結(jié)合的傳輸形式，減少節(jié)點(diǎn)間的通信開銷，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。文獻(xiàn)[6]提出一種多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法，提高節(jié)點(diǎn)能量利用的效率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。群智算法被用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由優(yōu)化中[7,8]，文獻(xiàn)[9]采用最優(yōu)路徑度量公式改進(jìn)信息更新策略，提出了一種改進(jìn)蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，來均衡節(jié)點(diǎn)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。文獻(xiàn)[10]采用均勻聚類成簇的方法，各簇進(jìn)行壓縮的分布式數(shù)據(jù)收集，通過建立骨干樹將數(shù)據(jù)傳輸至Sink節(jié)點(diǎn)，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸量，節(jié)約能耗。

這些算法針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量的利用進(jìn)行優(yōu)化，使得能量的利用率提高了，但無法保證對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度達(dá)到具體的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。為此，本文提出了基于節(jié)點(diǎn)輪換的能量感知監(jiān)測(cè)方法(energy-aware monitoring method，EAMM)，使得區(qū)域中擔(dān)任監(jiān)測(cè)任務(wù)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)進(jìn)行輪換，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分段監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)總監(jiān)測(cè)時(shí)間的極大增加，根據(jù)過去一段時(shí)間的能量消耗來對(duì)即將的能量使用進(jìn)行調(diào)整，合理地規(guī)劃無線傳感器的能量利用，使得對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到要求，盡可能地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存有效期，以求監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)最大化。

2 網(wǎng)絡(luò)模型和問題描述

2.1 網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器的個(gè)數(shù)為m，用集合N表示。假設(shè)這m個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn) (b1,b2…bm) 均勻地隨機(jī)部署在二維平面內(nèi)，對(duì)于任一無線傳感器i∈N(i=b1,b2…bm)，部署后位置確定，可由GPS或北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獲得其位置信息。若無線傳感器i的位置表示為 (xi,yi)，監(jiān)測(cè)目標(biāo)的位置為 (x0,y0)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下性質(zhì)：

(1)網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器節(jié)點(diǎn)分布模型為均勻分布；

(2)各節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的，具有相同的功能和初始能量，初始能量均為e0；

(3)各節(jié)點(diǎn)能獨(dú)立工作，且都能完成相關(guān)的工作，并能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；

(4)任意節(jié)點(diǎn)的通信范圍覆蓋其所在的監(jiān)測(cè)區(qū)域，并能與區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)和相鄰區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，這樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以一跳或多跳傳送到Sink節(jié)點(diǎn)，且相鄰節(jié)點(diǎn)間的通信范圍均在有效通信半徑之內(nèi)，根據(jù)文獻(xiàn)[11,12]的能耗模型，通信能耗較小，可以節(jié)省能量；

(5)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)部署密度達(dá)到預(yù)定要求，并存在一定冗余，以滿足意外情況下目標(biāo)監(jiān)測(cè)能耗增多所需的要求。

2.2 問題描述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)監(jiān)測(cè)質(zhì)量的要求，在目標(biāo)附近一定范圍內(nèi)選取無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，受地理位置的影響，區(qū)域內(nèi)的無線傳感器對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)可能存在差異，但均符合質(zhì)量要求。無線傳感器i所在的位置與監(jiān)測(cè)質(zhì)量(Q)之間存在一定的關(guān)系，用Qi=f(xi,yi) 表示。若用Tij表示無線傳感器i在第j輪中對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)度，網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)的總時(shí)長(zhǎng)由各輪次的監(jiān)測(cè)時(shí)間段組成，總共有u輪次。Ei表示無線傳感器i的剩余能量。設(shè)監(jiān)測(cè)質(zhì)量的最低要求為q0，對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)間要求達(dá)到規(guī)劃值t0。監(jiān)測(cè)網(wǎng)可以描述如下

式(1)和式(2)分別滿足監(jiān)測(cè)質(zhì)量和時(shí)長(zhǎng)的要求，式(3)中的tmax為理想化條件下能量所能維持的最長(zhǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間，追求對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)最大化，使得監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)盡可能趨近于tmax，網(wǎng)絡(luò)的效益就越高。

式(4)中Si表示無線傳感器i能否被選作監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，如果能選作監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，則Si=1，否則Si=0。要實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)的時(shí)間最長(zhǎng)，區(qū)域中能夠擔(dān)任對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)的節(jié)點(diǎn)，它們的能量均消耗完，這樣能量均在網(wǎng)絡(luò)生存有效期內(nèi)利用，能量的利用效率最高。

3 算法框架

3.1 算法設(shè)計(jì)

要對(duì)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行分段監(jiān)測(cè)，使得滿足監(jiān)測(cè)質(zhì)量要求的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行輪換，本文根據(jù)無線傳感器的剩余能量(E)和監(jiān)測(cè)質(zhì)量(Q)，定義質(zhì)能關(guān)系式如下

(6)

式中：β1和β2為比例系數(shù)，β1表示質(zhì)能關(guān)系中監(jiān)測(cè)質(zhì)量所占的比例因子，β2表示質(zhì)能關(guān)系中剩余能量所占的比例因子。質(zhì)能關(guān)系式是選擇監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和進(jìn)行輪換的重要關(guān)系式。在輪換過程中優(yōu)先選擇質(zhì)能關(guān)系中R值較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

從質(zhì)能關(guān)系式可以得知，對(duì)于相同監(jiān)測(cè)質(zhì)量的兩無線傳感器i和j，存在Qi=Qj，而當(dāng)剩余能量不同時(shí)，滿足Ei

而對(duì)于相同的剩余能量條件下的兩無線傳感器i和j，存在Ei=Ej，而當(dāng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量不同時(shí)，滿足Qi

由以上分析可得，根據(jù)目標(biāo)所在的位置，對(duì)其周圍滿足監(jiān)測(cè)條件的無線傳感器節(jié)點(diǎn)集，結(jié)合各節(jié)點(diǎn)的剩余能量狀況，自適應(yīng)地進(jìn)行選擇，使得對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)所需的能量分散在眾多的節(jié)點(diǎn)之間，通過這些無線傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行時(shí)間上的分段監(jiān)測(cè)，通過時(shí)間接力實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)總時(shí)長(zhǎng)的增加。如圖1所示，O點(diǎn)為目標(biāo)所在位置，對(duì)于距離均為R1的A、B兩點(diǎn)，首先選擇能量較多的B進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在B的能量消耗一定程度之后，再選擇A點(diǎn)，而A監(jiān)測(cè)一定時(shí)間后，可以選擇半徑為R2的C點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)就可以由多個(gè)節(jié)點(diǎn)輪流執(zhí)行，使得目標(biāo)監(jiān)測(cè)的能量消耗均衡化，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)也變成單個(gè)節(jié)點(diǎn)的多倍，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)得到大幅增加。

圖1 分段監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

文獻(xiàn)[13]指出無線傳感器在不同的工作狀態(tài)下，能耗是不相同的，無線傳感器的能耗跟工作狀態(tài)相關(guān)。無線傳感器處于某種工作狀態(tài)，就可以知道一段時(shí)間內(nèi)的能量消耗。

定義1 歷史能耗速率是無線傳感器在某工作狀態(tài)下能耗速率，與無線傳感器的工作狀態(tài)相關(guān)，它是根據(jù)這一工作狀態(tài)下的長(zhǎng)時(shí)間里能耗所得的結(jié)果，用H表示。

為了對(duì)能量的利用進(jìn)行規(guī)劃，使得監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的要求，本文根據(jù)感知能耗速率來調(diào)整無線傳感器的能量使用。

定義2 感知能耗速率由無線傳感器的歷史能耗速率和實(shí)時(shí)變化速率兩部分組成，采用式(7)表示

Va=δ1·H+δ2·F

(7)

式中：F為實(shí)時(shí)變化速率，δ1和δ2為比例系數(shù)，δ1表示感知能耗速率中歷史能耗速率所占的比例因子，δ2表示感知能耗速率中實(shí)時(shí)變化速率所占的比例因子。

F=Vn-1-Vn-2

(8)

當(dāng)Vn-1>Vn-2時(shí)，則(Tn-1,Tn)時(shí)段的能耗速率要比(Tn-2,Tn-1)時(shí)段的能耗速率要大，能量消耗是增加的趨勢(shì)，感知下一個(gè)時(shí)段(Tn,Tn+1)的能耗會(huì)增大。因而實(shí)時(shí)能耗速率進(jìn)行調(diào)整，在歷史能耗速率的基礎(chǔ)上增加一定的量，使得感知能耗速率的值增大。此時(shí)，由式(8)可以得知，有Vn-1-Vn-2>0，因而式(7)是在能耗速率的基礎(chǔ)上增加一定量，是對(duì)能耗速率的加大。

當(dāng)Vn-1=Vn-2時(shí)，則(Tn-1,Tn)時(shí)段的能耗速率與(Tn-2,Tn-1)時(shí)段的能耗速率是相同的，能耗消耗保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平狀態(tài)，感知在下一個(gè)時(shí)段(Tn,Tn+1)也將保持當(dāng)前穩(wěn)定的能耗狀態(tài)。此時(shí)，由式(8)可以得知，有Vn-1-Vn-2=0，因而式(7)是維持能耗速率的水平。

當(dāng)Vn-1

通過以上分析，能耗速率在過去的時(shí)間里不論是增大、不變或減少，式(7)都能夠很好地表達(dá)在(Tn,Tn+1)時(shí)段的能耗狀態(tài)。

根據(jù)感知能耗速率的大小，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中能量的使用進(jìn)行調(diào)整，并做好監(jiān)測(cè)的輪換安排，使得對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到預(yù)定的要求。設(shè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)能耗速率用Vp表示。

當(dāng)Va

定義一個(gè)變量為盈余時(shí)間Ts，用于記錄監(jiān)測(cè)過程中的盈余時(shí)間，當(dāng)有盈余能量時(shí)，把盈余時(shí)間進(jìn)行累加。監(jiān)控?zé)o線傳感器的能量消耗，當(dāng)能量消耗ΔE時(shí)，立即進(jìn)行輪換，并記錄這輪的延長(zhǎng)時(shí)間t′s，并更新盈余時(shí)間Ts=Ts+t′s。

當(dāng)Va>Vp時(shí)，感知能耗速率比規(guī)劃能耗速率要大，由于感知能耗速率Va的增大，由式(7)可以得知，在(Tn,Tn+1)時(shí)段消耗的能量將比規(guī)劃的能量要大，無線傳感器存在能量的欠缺，欠缺能量為Ed=(Va-Vp)·(tn+1-tn)，在這種情況下對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)輪換將提前進(jìn)行，避免能量的過度消耗，節(jié)點(diǎn)提前死亡。提前輪換時(shí)間為t′d=(Va-Vp)·(tn+1-tn)/Va。

定義一個(gè)變量為欠缺時(shí)間Td，用于記錄監(jiān)測(cè)過程中的欠缺時(shí)間，當(dāng)有欠缺能量時(shí)，把欠缺時(shí)間進(jìn)行累加。監(jiān)控?zé)o線傳感器的能量消耗，當(dāng)能量消耗ΔE時(shí)，立即進(jìn)行輪換，并記錄這輪的欠缺時(shí)間t′d，并更新欠缺時(shí)間Td=Td+t′d。

當(dāng)Va=Vp時(shí)，感知能耗速率與規(guī)劃能耗速率相匹配，能量恰好被利用完。此時(shí)，不存在盈余時(shí)間，也沒有欠缺時(shí)間。

對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的盈余時(shí)間和欠缺時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)Ts≥Td時(shí)，盈余時(shí)間不小于欠缺時(shí)間，對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)間將大于或等于規(guī)劃時(shí)長(zhǎng)，能夠完成預(yù)期目的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠完成規(guī)劃要求。

當(dāng)Ts

3.2 性能分析

本文的EAMM算法構(gòu)建質(zhì)能關(guān)系式，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行輪換監(jiān)測(cè)。本文對(duì)算法的性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。在60×60 m2的區(qū)域中均勻隨機(jī)地投放50個(gè)無線傳感器，目標(biāo)周圍一定范圍內(nèi)的無線傳感器可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。目標(biāo)所在位置為圖中“*”標(biāo)記處，如圖2所示。

圖2 投放50個(gè)節(jié)點(diǎn)

在圖2所示的結(jié)果中共有4個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分段監(jiān)測(cè)，在圖中使用方框標(biāo)記出來，這些節(jié)點(diǎn)輪換執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，4個(gè)節(jié)點(diǎn)分段監(jiān)測(cè)的時(shí)長(zhǎng)將最大增加到單個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)的4倍。

圖3是同樣的區(qū)域中投放70個(gè)無線傳感器結(jié)果，區(qū)域中無線傳感器的密度增大，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的無線傳感器數(shù)量也將增加，在圖3中共有6個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分段監(jiān)測(cè)，這樣就可能最大增加到單個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)長(zhǎng)6倍。表明EAMM算法使得監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)極大地增加了，并且根據(jù)目標(biāo)的位置選擇區(qū)域內(nèi)的合適的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并能夠自適應(yīng)地安排這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪換，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。

圖3 投放70個(gè)節(jié)點(diǎn)

4 仿真結(jié)果

為了檢驗(yàn)EAMM算法的性能，采用Matlab仿真軟件對(duì)Leach算法和本文的EAMM算法進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)。為了模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多樣性，測(cè)試不同環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)性能，做了不同參數(shù)的實(shí)驗(yàn)。

(1)目標(biāo)監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)比較

相同的能量條件下，對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)，算法的性能越高，能量的利用效率也就越有效。在100×100 m2的區(qū)域中分別投放100個(gè)、180個(gè)、240個(gè)無線傳感器，兩算法在這3種環(huán)境下的結(jié)果如圖4所示。圖中橫坐標(biāo)表示的是區(qū)域中投放無線傳感器的數(shù)量?？v軸表示的是輪次，是網(wǎng)絡(luò)中對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度。

圖4 監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)

從圖4可以看出，EAMM算法在這3種情況下對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)都要比Leach算法要長(zhǎng)，并且在區(qū)域中無線傳感器密度增加時(shí)，EAMM算法的優(yōu)勢(shì)更加明顯。這主要是因?yàn)長(zhǎng)each算法只是采取簡(jiǎn)單的分簇機(jī)制對(duì)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，可能出現(xiàn)較多節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)的重復(fù)監(jiān)測(cè)，浪費(fèi)了能量，從而縮短對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)間，這在無線傳感器的密度增大時(shí)更加嚴(yán)重。而EAMM算法中對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了有效管理，安排好了這些節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)段之間的輪換，并對(duì)能量的使用進(jìn)行調(diào)整，使得監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)得到增加，因而EAMM算法中對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)比較明顯。

(2)節(jié)點(diǎn)死亡數(shù)比較

無線傳感器在監(jiān)測(cè)和通信的過程中不斷地消耗能量，隨著能量的減少，無線傳感器將因能量的耗盡而死亡。網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器死亡時(shí)間出現(xiàn)得越早，數(shù)量越多，越不利于對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)收集。兩算法的節(jié)點(diǎn)死亡數(shù)結(jié)果如圖5所示。

圖5 死亡數(shù)

從圖5可以看出EAMM算法節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)死亡的時(shí)間比Leach算法要遲，并且在相同的時(shí)間里死亡的無線傳感器數(shù)量要少得多。EAMM算法根據(jù)質(zhì)能關(guān)系式在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行輪換，把監(jiān)測(cè)的能量分散在眾多的節(jié)點(diǎn)之間，有利于能量的均衡化，避免節(jié)點(diǎn)能耗過多，提前死亡，因而EAMM算法節(jié)點(diǎn)死亡的出現(xiàn)時(shí)間要遲，死亡數(shù)量也要少。

(3)網(wǎng)絡(luò)生存期比較

無線傳感器節(jié)點(diǎn)的存活數(shù)量越多，時(shí)間越長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)生存期也就越長(zhǎng)，能夠采集數(shù)據(jù)并傳送到基站的時(shí)間也就越長(zhǎng)。兩算法中無線傳感器節(jié)點(diǎn)存活數(shù)如圖6所示。

圖6 存活數(shù)

從圖6可以看出，在相同的時(shí)間里，EAMM算法中無線傳感器節(jié)點(diǎn)存活數(shù)量均比Leach算法要多，因而EAMM算法的網(wǎng)絡(luò)生存期比Leach算法要長(zhǎng)。這主要是EAMM算法中存在對(duì)能量消耗的規(guī)劃利用，當(dāng)對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)能耗速率過快時(shí)，啟用冗余節(jié)點(diǎn)的能量幫助完成監(jiān)測(cè)，從而避免了節(jié)點(diǎn)的能耗過大，節(jié)點(diǎn)可以存活的時(shí)間就更長(zhǎng)。因此，EAMM算法中節(jié)點(diǎn)的存活數(shù)要多，網(wǎng)絡(luò)生存期也就越長(zhǎng)。

5 結(jié)束語

能量是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的珍貴資源，特別是那些能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的節(jié)點(diǎn)能量。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)的最大化，根據(jù)無線傳感器工作狀態(tài)下的能量消耗的歷史水平狀況和實(shí)時(shí)能耗，構(gòu)建監(jiān)測(cè)過程能量感知的消耗模式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的能量進(jìn)行調(diào)整。構(gòu)建任務(wù)監(jiān)測(cè)過程進(jìn)行節(jié)點(diǎn)輪換的質(zhì)能關(guān)系式，對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)自適應(yīng)地進(jìn)行輪換，通過多節(jié)點(diǎn)的時(shí)間接力來完成對(duì)目標(biāo)的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，使得監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)盡可能地延長(zhǎng)。仿真結(jié)果表明，本文構(gòu)建的監(jiān)測(cè)過程能耗感知的模型，無線傳感器在監(jiān)測(cè)過程中能夠?qū)δ芰康氖褂眠M(jìn)行調(diào)整和節(jié)點(diǎn)之間的輪換，達(dá)到或超過規(guī)劃的時(shí)長(zhǎng)。