低能耗节点位置未知无线传感器网络控制方案
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2．1．1 基站启动过程
当无线传感器网络刚刚布置完毕或者基站接收到某节点请求网络重构的消息，并且基站中保存的簇头节点集已经使用完毕(若基站中尚有未使用的簇头节点集，那么网络构建阶段直接进入网络拓扑构建过程，这样有效的减少了网络构建代价)，基站进入了启动过程，首先它根据网络已运行的轮数设定下一轮各节点通信所采用的发射功率，基站节点以该发射功率广播hello消息(HM)并启动一个定时器1以等待它的子节点发来的HM，一帧完整的HM包含父节点标号、本节点标号、发射功率值、本节点的剩余能量以及充当簇头的最低剩余能量值，基站发出的HM里父节点的内容为基站本身的标号。见图1(a)，节点B，C，E，I，J，K，L，M接收到了基站A发来的HM。
2．1．2 节点信息收集过程
一旦节点接收到HM，就表明网络构建阶段到了节点信息收集过程，如图1(a)中，节点B，C．E，I，J，K，L，M接收到一个HM，就开始判断本节点与HM发送者之间的相对距离，如果该距离小于本轮通信距离的一半(R／2)，则认定该HM发送者为自己的簇首节点，如节点I，K，L认定A为它们的簇首，于是它们向A发送一帧簇首确认消息，就进入了睡眠状态，关闭发射模块，等待网络的维持阶段到来再转换到数据监测状态。离A较远(相对距离大于R／2)的节点M，B，J，E，C，如果节点的剩余能量足够充当簇首节点的，则广播一帧包含本节点剩余能量信息的竞争簇首消息(CM)并启动一个定时器2(定时时间小于定时器1)，定时器2到达后，各节点对R／2范围内的节点信息进行判断，如果得知本节点能量最大，则设定自己为簇首节点并成为A的子节点，然后广播发送HM，如M，J，E，D，A将接收到B节点的HM，M，J认定B为簇首，见图1(b)，而A接收到B节点得知B为自己的子节点；节点C在定时器2结束后，发现R／2范围内无其他节点与之竞争，也设自己为簇首节点并认A为父节点发送HM；假使J也在E的R／2范围内，且能量高于E节点，E接收不到J的HM，却接收到其他父节点为A节点的HM(如B，C)时，E节点认定自己为簇首节点，并发送HM消息，此时BE，EC之间接收到HM消息，即认定相互之间为簇首间的邻居成员并计算存储他们之间的相对距离与邻居节点的剩余能量，见图1(c)；如果某节点的能量太小，不足以充当簇首节点，那么，它会选择离自己较近的一个簇首节点，加入该簇。某节点一旦有了父节点，就认定该节点处于被覆盖状态。而且当一个节点有了子节点，那么它就进入了活跃状态，开始等待信息上报过程的到来。按照这种方式，所有的节点都接收到HM消息，但是如图1(d)所示，节点G，F，H，C广播HM后，在设定的定时器1时间到达内未接收到任何认定它们为父节点的HM，因此它们认为信息收集过程结束，并由它们发起进入信息上报过程。
2．1．3 节点信息上报过程
在节点信息上报过程中，只有充当父子关系的节点，同时，也是扮演簇首角色的节点，发送它的邻居序列给自己的父节点。在本例中，完成信息收集过程后，A，B，C，D，E，F，G，H成为簇首成员。簇首F是G的邻居。因此，簇首G发送{FG}以及FG的相对距离的消息给它的父节点D。这些节点的组合方式为构成一定性质的簇头-簇头链接的提供了可靠的信息，每个父节点都在等待着它的所有子节点发来的上报消息，再添加自己的信息，发送给自己的父节点。如簇首节点D接收到它的子簇头节点G发送来的消息后，它就发送有{FGD}，{FD}，{ED}路径信息给节点B，依次进行信息传递，最终的信息将汇聚至基站。当基站节点接收到所有子节点发来的上报信息，则网络构建进入了下一过程。在信息上报过程中，节点发送完上报消息后就进入睡眠状态，关闭发射模块以保存能量。
2．1．4 网络拓扑构建过程
网络拓扑构建过程在基站节点上进行，当基站A接收到所有子簇头节点(BCE)发送来的上报信息，就开始对支路进行整合，如果两条数据通路有共同的节点，如{ABDF}和{AEFD}两条支路有两个共同的节点A，F，那么可以组合出一个具有闭合回路的数据通道ABDFEA，对于不同的回路也根据判断是否有共同节点而对它们进行整合成更大的闭合回路。一旦基站完成选择多个构成回路的簇头集，它开始为其他簇头节点以尽少的步数连接到某一回路簇头节点，在基站A处，将形成多个具有回路性质的簇头-簇头节点集，基站将选择其中一个簇头集信息广播给网络中的每一个节点。网络中的节点通过判断基站的广播信息(簇头-簇头之间数据转发的路由信息)，决定自己是充当回路簇头或支路簇头节点进行数据收集、融合、转发，或者充当普通簇内节点实现对周围环境的监测。至此进入了网络维持阶段。
2．2 LEPN网络维持阶段
网络维持阶段，簇头将根据簇内的节点数目为每个簇内节点分配TDMA时间表。簇内节点持续采集周围环境信息，并在自己的通信时隙内以单跳通信的方式将数据传送给相应的簇头。为了有效节约节点能耗，普通节点的发送器在不属于自己通信的时隙进入睡眠状态；而簇头必须使自己的接收器时刻处于开启状态，以便接收簇内节点发送过来的所有数据。簇头节点接收到簇内所有的数据后，将对数据进行必要的数据融合处理，然后根据路由信息将数据经簇头-簇头多跳传输至基站。
3 仿真实验
无线传感节点的能量有限性决定节点能量的高效使用是网络控制设计的首要目标，也是延长网络生命周期的一种有效手段。本文仿真设定在30 km×30 km的监测区域内，将200个节点随机分布，节点的通信半径在5～45 km内可调。为了便于计算节点收发信息的能量消耗，使用文献所描述的无线通信模型：
以通信半径为d发射n比特的数据所需要的能量消耗：
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