文件名称：网络有效生命周期和网络寿命-5g nr物理层关键技术预测试
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更新时间：2024-07-20 11:37:17
现代电子技术
3.1 簇头选举优化 pn pn 本文算法针对 LEACH、TSEP 等算法在簇头 选举时出现不稳定和零簇头的情况进行簇头选举 优化，优化后保障 WSN 在稳定期内的簇头数量始 终为 个。我们取 p=0.5, n=100，在理想情况下每 一轮选举出簇头的数量都应该为 个，稳定期内 没有节点死亡时，簇头个数应为 5 个。在表 2 中，我们统计分析了每种协议在稳定期、半数存 活节点期间、网络寿命期间簇头数量的均值与方 差。同时，为了更加明显地表明各算法在簇头选 举的稳定性，绘制了簇头稳定性柱状图如图 5 所示。 表2 各算法簇头选举数量分析 协议 稳定期 半数存活点 网络寿命 均值 方差 总数 均值 方差 总数 均值 方差 总数 TSEP 6.93 16.87 5 436 6.45 15.72 7 597 2.23 12.95 8 930 LEACH 4.99 4.89 3 553 4.70 4.95 4 545 1.23 4.72 5 553 MODLEACH 5.00 4.69 3 946 4.82 4.73 4 608 1.99 7.08 4 986 BCEPOCH 5.00 0 4 785 4.78 0.27 6 419 3.03 3.22 8 309 TSEP LEACH MODLEACH BCEPOCH 0 5 10 15 20 簇 头 数 量 均 值 或 方 差 值 稳定期均值 稳定期方差 半数存活点方差 生命周期方差 图5 簇头稳定性分析 由表 2 和图 5 可以得出，在稳定期、半数存活 节 点 期 和 整 个 网 络 生 命 周 期 本 文 提 出 的 BCEPOCH 算法在簇头选举的稳定性上明显高于 其他算法。尤其在稳定期内没有节点死亡时， BCEPOCH 每轮网络运行都能选举出 5 个最佳数 量的簇头，并且在稳定期均值为 5，方差为零，性 能表现与理想情况相同，LEACH 与 MODLEACH 表现几乎相同，TSEP 表现最差。 3.2 网络有效生命周期和网络寿命 本文算法在优化簇头选举的同时通过节点与 基站的距离和节与簇头距离实时修正节点阈值， 延长 WSN 网络的稳定期和半数存活节点时期。 通过 MATLAB 仿真，得到各协议的在不同阶段的 运作轮数，结果汇总如表 3 所示。 表3 各协议不同阶段的运作轮数 协议 稳定期/有效轮 半数存活点/有效轮 网络寿命/有效轮 LEACH 711/706 968/958 4 501/1 650 TSEP 784/779 1 178/1 175 3 681/1 866 MODLEACH 788/783 957/952 2 501/1 162 BCEPOCH 957/957 1 343/1 343 2 753/2 753 分析表 3 数据可以得出，在网络的稳定期和 半数存活节点时期内，本文提出的 BCEPOCH 算 法网络运作轮数明显高于其他 3 种算法。在稳定期 内运行轮数表现相比于LEACH、TSEP、MODLEACH 分别提高了 35.55%、22.85%、22.22%，在半数存活 点时期分别提高了 40.19%、14.30%、40.07%，在整 个网络寿命周期内，BCEPOCH 算法运作轮数少 于其他 3 种算法。但是由于 BCEPOCH 稳定的簇 头选举策略使得每一轮都可以选举出簇头，不会 出零簇头情况，所以在整个网络寿命的有效轮数 中 BCEPOCH 算法仍然优于其他 3 种算法，较其 他 3 种算法分别提高了 66.84%、47.53、136.91%。 在图 6 中可以明显得出，BCEPOCH 算法在有效地 延长了 WSN 网络的稳定期和半数存活节点期的 同时又延长了整体网络运行的有效轮数。 TSEP LEACH MODLEACH BCEPOCH 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 运 行 轮 数 稳定期轮数 半数存活点轮数 生命周期总轮数 生命周期有效轮数 图6 各时期网络寿命周期对比 4 结论 针对无线传感器网络中簇头选举的不稳定性 和稳定期较短的问题进行研究，通过仿实验分析 本文主要做出以下改进和展望： ·60· 应 用 科 技 第 45 卷