42、无线传感器网络簇头有限内存容量分析

无线传感器网络簇头有限内存容量分析

1. 系统概述

在基于Zigbee 802.15.4标准的无线传感器网络（WSN）中，距离簇头（CH）较远的简化功能（RF）节点可通过全功能（FF）节点将数据传输至CH。为进一步降低能耗，节点可在传输半径不超过d的情况下选择任意传输功率级别。

节点（FF和RF）感知并聚合的信息会转发至CH，由CH完成簇数据聚合。CH也会根据自身观测生成数据包，然后将所有信息直接或通过中间CH传输至汇聚节点。假定存在至少一条通往汇聚节点的路径，但该系统和其他通信网络一样，可能因硬件、软件和信道链路错误而出现故障。

2. 系统建模

2.1 选择优选模型

在基于簇的WSN拓扑中，CH是簇节点与汇聚节点通信的中心点。所有簇节点假定直接连接到CH，CH则直接或通过其他CH连接到汇聚节点，形成整体的簇树网络。

节点独立监测周围环境，并竞争信道以将观测数据中继到簇头。由于CH内存容量有限，当CH缓冲区满时，新到达的数据将被自动丢弃。数据包到达CH的过程假定遵循泊松分布，平均速率为λ，服务时间假定呈指数分布，速率为μ，服务优先级采用先来先服务（FCFS）原则。

CH的总到达数据来自簇内（内部源）和其他簇头转发至汇聚节点的数据（外部源）。根据IEEE 802.15.4/Zigbee标准，为获得更好性能，每个簇建议最多包含36个节点。综合考虑，本场景中包含CH在内的节点数量超过30个。由于存在大量独立的泊松流，CH从内部和外部源接收的所有作业的叠加结果遵循泊松分布，速率为λk（k代表CH）。

CH的操作类似于具有输入和输出的开放排队网络，在稳态运行时，进入CH队列的平均流量与离开队列的流量