多级物联网（IoT）基础异构无线传感器网络（HWSNs）中的节点角色选择与轮换方案以提高能效

英文标题：Node Role Selection and Rotation Scheme for Energy Efficiency in Multi-Level IoT-Based Heterogeneous Wireless Sensor Networks (HWSNs)

作者信息：

• Tamoor Shafique
• Abdel-Hamid Soliman
• Anas Amjad
• Lorna Uden
• Debi Marie Roberts 以上作者均来自斯塔福德郡大学数字技术、创新与商业学院，英国斯托克-特伦特市。

论文出处：Sensors 2024, 24, 5642; 发表日期为2024年8月30日。

主要内容：

1. 引言： 本文讨论了物联网（IoT）基础异构无线传感器网络（HWSNs）技术的发展，该技术在智能城市、智能家居和智能交通等多样化的人类中心应用中扮演着重要角色。文章强调了在IoT基础HWSNs中，资源利用尤其是能源的高效利用比传统无线传感器网络（WSNs）更为关键。研究者们提出了多种方法来增加网络设备的资源供应或在网络操作中实现资源的高效利用，但这些方法大多局限于同质网络或单一参数和有限级别的异质性。

1. 相关工作： 文章回顾了在传统WSNs中聚类和路由方法的研究进展，这些方法对于实现可扩展性和能效至关重要。尽管这些方法在传统WSNs中得到了很好的研究，但它们也可以有效应用于IoT基础HWSNs中，以实现复杂和多样化网络环境中的能效。

2. 网络和能源模型： 本节描述了研究中使用的网络架构和能源消耗模型。提出了一个异构传感器网络模型，并详细描述了多级异质性的概念。

3. 提出的方案： 为了延长多级HWSNs的物联网网络的寿命，提出了一个旨在最小化传感器节点与簇头之间集群通信中的能源消耗的方案。此外，该方案还旨在增强网络稳定性，通过适当的簇头轮换算法，考虑节点的所有异质性特征，确保最小化能源消耗并最大化集群稳定性。

   • 4.1 簇头轮换： 介绍了一个新的簇头轮换方案，以最小化集群内能源消耗，同时最大化异质传感器网络的稳定性。

   • 4.2 簇间通信： 提出了一个数学框架，首先评估单跳或多跳簇间通信哪种更节能，然后计算下一个节能跃点应该发生的位置。

   • 4.3 中继节点选择与轮换： 提出了一个新的算法，实现在确定的最佳区域内节点之间的动态中继角色轮换，防止任何单一节点的能量过度耗尽，并优化簇间通信。

4. 结果与讨论： 本节展示了使用MATLAB R2022a模拟评估所提出技术的结果。评估指标包括能源消耗、网络寿命和吞吐量，这些指标对于评估基于WSN的IoT系统的性能至关重要。

5. 结论和未来研究方向： 文章总结了所提出的基于簇头和中继节点轮换的平衡能源路由方法，并指出了未来研究的方向，包括将移动节点引入IoT基础传感器网络以进一步扩展应用。