蘇　兵，張鈺婧

(常州大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常州　213164)

?

基于非均勻分簇的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

蘇兵，張鈺婧

(常州大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常州213164)

摘要：在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，分簇技術(shù)是一種有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法；但是這種多跳的網(wǎng)絡(luò)模型，如果節(jié)點(diǎn)均勻分布并且簇的大小相等，則靠近基站的簇頭由于要中繼更多的數(shù)據(jù)，則會(huì)導(dǎo)致能量空洞現(xiàn)象；因此提出一種非均勻分簇方法來(lái)緩解能量空洞問(wèn)題；首先，通過(guò)節(jié)點(diǎn)的剩余能量、到基站的距離以及鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)選擇簇頭；簇一旦形成之后，通過(guò)單跳和多跳的混合機(jī)制將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此協(xié)議能有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，有效延緩能量空洞的形成速度。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；非均勻分簇；多跳通信；路由算法

0引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network,WSN)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定期收集數(shù)據(jù)，傳感器節(jié)點(diǎn)每隔一段時(shí)間感知環(huán)境并將感知數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。由于靠近基站的節(jié)點(diǎn)需要中繼其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，能量消耗較快，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)較快死亡，形成能量空洞[2]。研究表明，由于能量空洞的影響，網(wǎng)絡(luò)死亡后，網(wǎng)絡(luò)中剩余的能量大于70%，中等以上網(wǎng)絡(luò)高于90%[3]。

為了有效抑制能量空洞現(xiàn)象，專家學(xué)者提出了較多研究， UCS[4]提出了非均勻分簇的方法來(lái)均衡簇頭節(jié)點(diǎn)的能量消耗，簇內(nèi)通信能耗與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量有關(guān)；文獻(xiàn)[5]提出一種基于可變扇區(qū)的非均勻分簇的方式，利用可變扇區(qū)和同心圓合理劃分網(wǎng)絡(luò)；文獻(xiàn)[6]提出一種基于非均勻分簇的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳路由協(xié)議。

采用非均勻分簇和簇間多跳路由機(jī)制，提出一種能量有效的非均勻分簇路由協(xié)議。

1網(wǎng)絡(luò)及能量模型

1.1能量模型

為了估算通信中的能量消耗，采用自由空間模型和多路衰減模型[7]，如果通信節(jié)點(diǎn)之間的距離小于臨界值d0，則使用自由空間模型，如果通信節(jié)點(diǎn)之間的距離大于臨界值d0，則使用多路衰減模型。因此當(dāng)該無(wú)線信道發(fā)送lbit數(shù)據(jù)到距離為d的接收器時(shí)，所需能量消耗如式(1)：

(1)

其中：臨界值d0的值為式(2)：

(2)

接收器接收l(shuí)bit數(shù)據(jù)時(shí)所需能耗為式(3)：

(3)

其中：d為傳輸距離，d0為臨界距離，ETx(l,d)為發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的能量消耗，ERx(l)為接收器接收數(shù)據(jù)的能量消耗，Eelec為發(fā)射電路的能量消耗，εfs和εamp分別為兩種不同信道模型下的功率放大所需能量。

另外，節(jié)點(diǎn)對(duì)l bit的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合時(shí)，所消耗的能量為式(4)：

(4)

其中：Eda為聚合lbit數(shù)據(jù)所消耗的能量。

1.2網(wǎng)絡(luò)模型

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由隨機(jī)分布在目標(biāo)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)組成，本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)假設(shè)如下：

1)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域，且位置固定；

2)基站唯一且位置固定，并且能量不受限；

3)節(jié)點(diǎn)具有唯一的標(biāo)識(shí)ID，節(jié)點(diǎn)初始能量相等，且能量有限；

4)節(jié)點(diǎn)通信功率可調(diào)，可以通過(guò)距離來(lái)調(diào)整發(fā)射功率大??；

5)如果傳輸功率已知，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算距離；

2非均勻分簇算法

網(wǎng)絡(luò)部署完之后，節(jié)點(diǎn)被分配到各層中，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所在的層數(shù)被分配一個(gè)唯一的id號(hào)?；緩V播 “Hello”消息至所有節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算與基站的距離。

文中網(wǎng)絡(luò)都是按輪運(yùn)行，每一輪包括分簇階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。分簇階段又分為3個(gè)子階段：1)候選簇頭節(jié)點(diǎn)選擇(CCHS)；2)簇頭競(jìng)爭(zhēng)(CHC)；3)簇的形成(CF)。數(shù)據(jù)傳輸階段被分為n個(gè)主要步驟，每個(gè)主要步驟又被分為n個(gè)子步驟，每個(gè)子階段是真正的數(shù)據(jù)傳輸階段，包括TDMA調(diào)度、簇頭節(jié)點(diǎn)收集來(lái)自成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、簇頭節(jié)點(diǎn)融合數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)到基站。主要步驟還執(zhí)行簇頭輪換工作，并將簇成員節(jié)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)傳輸路徑移交給新的簇頭節(jié)點(diǎn)。本文所有的操作過(guò)程如圖1所示。

圖1　非均勻分簇算法執(zhí)行過(guò)程

2.1分簇階段

在分簇階段，網(wǎng)絡(luò)被分成n個(gè)簇，簇的形成共需要3個(gè)階段，每個(gè)階段都需要一定時(shí)間去完成，假設(shè)所需時(shí)間分別為T1，T2和T3，則完成網(wǎng)絡(luò)的分簇總共所需時(shí)間為T，T=T1+T2+T3，時(shí)間T之后開始數(shù)據(jù)傳輸。

首先從節(jié)點(diǎn)中選出剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)成為候選簇頭節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)根據(jù)概率p決定是否成為候選簇頭，p的表達(dá)式為(5)：

(5)

其中：Erem表示節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量；Emax表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的最大初始能量；ε表示[0,1]的隨機(jī)值。從表達(dá)式(5)可以看出簇頭的選擇與剩余能量有關(guān)，保證了最終簇頭具有較高的剩余能量；并且可以通過(guò)控制ε的值改變候選簇頭的數(shù)目，避免由于候選簇頭過(guò)多影響最終簇頭的選擇。

T1時(shí)間后，候選簇頭節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)簇頭，候選簇頭節(jié)點(diǎn)成為簇頭的等待時(shí)間為Tw，其表達(dá)式為：

(6)

簇頭節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)半徑為Rc，Rc的表達(dá)式為：

(7)

其中：dmax和dmin分別表示節(jié)點(diǎn)到基站的最大和最小距離；d(si,sink)表示候選簇頭節(jié)點(diǎn)si到基站的距離；a和b分別表示取值[0,1]的常量；Rmax表示競(jìng)爭(zhēng)半徑的最大值；Eres表示節(jié)點(diǎn)si的剩余能量。根據(jù)式(7)可以看出，候選簇頭節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)半徑取決于d(si,sink)和Erem，當(dāng)候選簇頭節(jié)點(diǎn)到基站的距離越小并且剩余能量也越少時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)半徑RC越小。

為了節(jié)約節(jié)點(diǎn)的能量消耗，以簇內(nèi)通信代價(jià)作為重要的競(jìng)選因素。候選簇頭si的競(jìng)選計(jì)算表達(dá)式為(8)：

(8)

每個(gè)候選簇頭節(jié)點(diǎn)以廣播半徑RC廣播包括自身ID、競(jìng)爭(zhēng)半徑和權(quán)值ws的Head_Msg消息，而普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)直至簇頭競(jìng)選結(jié)束。每個(gè)候選簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的Head_Msg消息創(chuàng)建一個(gè)候選簇頭表。如果候選簇頭節(jié)點(diǎn)的權(quán)值ws低于表中任一候選簇頭權(quán)值，則節(jié)點(diǎn)si成為最終簇頭節(jié)點(diǎn)；當(dāng)多個(gè)候選簇頭節(jié)點(diǎn)的權(quán)值一樣小時(shí)，優(yōu)先選擇id最小的候選簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)以競(jìng)爭(zhēng)半徑RC向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播Head_Msg消息，收到Head_Msg消息并且在競(jìng)爭(zhēng)半徑內(nèi)的所有候選簇頭節(jié)點(diǎn)均不能成為最終簇頭節(jié)點(diǎn)，并廣播一個(gè)Quit_Msg消息退出簇頭的競(jìng)選，收到Quit_Msg消息的鄰居簇頭更新自己的候選簇頭表，刪除相應(yīng)的候選簇頭節(jié)點(diǎn)，最終網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都確定自己是簇頭節(jié)點(diǎn)還是普通節(jié)點(diǎn)。

2.2簇間通信

分簇結(jié)束后，數(shù)據(jù)傳輸階段開始，首先簇頭節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備TDMA調(diào)度并分配給簇成員節(jié)點(diǎn)。簇頭收集簇成員節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行融合，然后根據(jù)最優(yōu)路徑發(fā)送到上一層簇頭節(jié)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，上一層簇頭節(jié)點(diǎn)接收下層簇頭發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，需要檢測(cè)數(shù)據(jù)是否被壓縮，如果是，直接發(fā)送到下一次簇頭；否則，進(jìn)行融合處理后再發(fā)送。

數(shù)據(jù)傳輸采用簇內(nèi)單跳和簇間單跳多跳混合的通信方式。

簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并直接發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇成員的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理后，以單跳和多跳混合的通信方式發(fā)送至基站。即設(shè)定一個(gè)閾值d0表達(dá)式(2)表示，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)i到基站的距離d(i,sink)≤d0時(shí)，節(jié)點(diǎn)采用單跳方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站；當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)i到基站的距離d(i,sink)≥d0時(shí)，節(jié)點(diǎn)采用多跳方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至基站。

在構(gòu)建兩簇頭節(jié)點(diǎn)之間是否建立通信時(shí)，利用權(quán)值來(lái)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，充分考慮距離和剩余能量問(wèn)題，具體步驟如下：

步驟1： 簇頭節(jié)點(diǎn)i(i=1,2……..K,K為簇頭數(shù)量)廣播一條消息，消息包括簇頭ID、剩余能量、成員節(jié)點(diǎn)數(shù)和與基站距離。

步驟2： 鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)j接收到簇頭節(jié)點(diǎn)i的消息后，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出與簇頭i的距離，并將自身ID、剩余能量、到基站的距離、到簇頭i的距離和成員節(jié)點(diǎn)數(shù)回復(fù)給簇頭i。簇頭i建立一個(gè)鄰居簇頭信息表。

步驟3： 簇頭i將接收到信息存入鄰居簇頭信息表中，然后簇頭i根據(jù)權(quán)值(9)選擇下一跳簇頭節(jié)點(diǎn)。

(9)

因此，簇頭節(jié)點(diǎn)首先根據(jù)到基站的距離與閾值d0比較，小于d0則直接發(fā)送數(shù)據(jù)至基站；否則，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)權(quán)值wij將數(shù)據(jù)發(fā)送至中繼節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)簇間多跳。

2.3簇頭輪換

最后，節(jié)點(diǎn)發(fā)送剩余能量到簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)剩余能量和節(jié)點(diǎn)到現(xiàn)在簇頭的距離選擇新的簇頭，簇頭節(jié)點(diǎn)將簇成員信息和路徑信息發(fā)送給新的簇頭節(jié)點(diǎn)。

3仿真實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證協(xié)議的性能，利用NS2作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在相同條件下仿真LEACH和本協(xié)議，并對(duì)多項(xiàng)性能進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)中參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1　參數(shù)設(shè)置

圖2　簇頭數(shù)量與Rmax的關(guān)系

圖2給出了當(dāng)a和b取值不同時(shí)簇頭數(shù)量與Rmax的關(guān)系。由圖1可知，曲線a=1,b=1高于曲線a=0.5,b=0.5;并且曲線a=0,b=0最低。原因是當(dāng)Rmax相等時(shí)，增大a,b的值會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)半徑變??；并且隨著Rmax的增大簇頭數(shù)量會(huì)變少。由此可以看出簇頭的數(shù)量取決于Rmax，a和b的取值。

圖3　每輪節(jié)點(diǎn)存活個(gè)數(shù)

圖3顯示了存活節(jié)點(diǎn)數(shù)量與輪數(shù)之間的關(guān)系，Af-opt是本協(xié)議的仿真結(jié)果，并且與LEACH協(xié)議進(jìn)行了比較。從圖中可以看出，提出的協(xié)議明顯優(yōu)于LEACH協(xié)議，這是因?yàn)樵诖仡^選擇時(shí),考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量、密度以及到基站的距離，使得能量大、密度大和距離基站近的節(jié)點(diǎn)有較大的概率成為簇頭節(jié)點(diǎn)，從而均衡能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

圖4　每輪總的剩余能量

圖4顯示了節(jié)點(diǎn)剩余能量與輪數(shù)的關(guān)系，并與LEACH協(xié)議進(jìn)行比較。從圖中可以看出，提出的算法能量消耗較慢，生存時(shí)間較長(zhǎng)。這是因?yàn)楫?dāng)節(jié)點(diǎn)的能量較低或很低時(shí)，節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)半徑較小且成為簇頭的概率很低，因此避免了節(jié)點(diǎn)能量的過(guò)度消耗。

4結(jié)束語(yǔ)

提出一種能量有效的非均勻分簇路由協(xié)議。根據(jù)剩余能量和簇內(nèi)通信代價(jià)選擇最終簇頭節(jié)點(diǎn)，并依據(jù)節(jié)點(diǎn)到基站的距離以及剩余能量提出了節(jié)點(diǎn)不等競(jìng)爭(zhēng)半徑構(gòu)建不等簇機(jī)制，使得越靠近基站且能量較小的簇半徑越小，包含的成員節(jié)點(diǎn)越少，因此可以節(jié)省能量進(jìn)行簇間通信。并提出簇間單跳和多跳混合的路由機(jī)制，當(dāng)簇頭到基站的小于閾值時(shí)，進(jìn)行單跳通信；當(dāng)大于閾值時(shí)，根據(jù)引入的權(quán)值，選擇最優(yōu)的下一跳簇頭節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此協(xié)議能有效延緩能量空洞出現(xiàn)效率，均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。

參考文獻(xiàn):

[1] 孫利民，李建中，陳渝，等. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2] Ee C T，Bajcsy R . Congestion control and fairness for many-to-one routing in sensor networks [A]. Proc. of the 2nd ACM Con. on Embedded Networked Sensor Systems[C].2004：148-161.

[3] Song C，Liu M，Cao JN，et al. Maximizing network lifetime based on transmission range adjustment in wireless sensor networks[J].Computer Communication，2009,32(11):1316-1325.

[4] Soro S，Heinzelman W B.Prolonging the lifetime of wireless sensor networks via unequal clustering [J]. IEEE Computer Society Press, 2005：236-244.

[5] 蔣華，韓平梅，王鑫. 基于可變扇區(qū)的非均勻分簇算法 [J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015,23(4):1291-1295.

[6] 李成法，陳貴海，葉懋，等. 一種基于非均勻分簇的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 [J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2007,30(1).

[7] Heinzelman W B，Chandrakasan A P, Balakrishnan H. An application-specific protocol architecture for wireless microsensor networks[J].IEEE Trans. on Wireless Commun.，2002,1(4):660-667.

《2016 NI趨勢(shì)展望》解析工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)全球新趨勢(shì)

2016年1月12日,NI公司近日發(fā)布了《2016 NI趨勢(shì)展望》。 這份連續(xù)第三年發(fā)布的年度前瞻性報(bào)告探究了物聯(lián)網(wǎng)(IoT)相關(guān)的一系列主題及其如何影響各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)管理方式 ——從軟件消費(fèi)化到通過(guò)原型驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)。

“隨著全球日益互聯(lián)化，目前可獲取的海量真實(shí)數(shù)據(jù)使得工程師和科學(xué)人員能夠獲得大量有用的信息，但是獲取這些信息的過(guò)程也充滿了挑戰(zhàn)。”NI全球銷售和市場(chǎng)營(yíng)銷執(zhí)行副總裁Eric Starkloff表示，“我們研究了工業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)的趨勢(shì)，致力于幫助用戶處理數(shù)量龐大且日益復(fù)雜的信息，以便他們及時(shí)做出正確的決策，從而始終走在大數(shù)據(jù)潮流的前端。”

《2016 NI趨勢(shì)展望》主要探索了以下主題：

通過(guò)原型驗(yàn)證讓5G從概念變成現(xiàn)實(shí)— 5G無(wú)疑將會(huì)使我們的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到從未想象過(guò)的高度，但是5G實(shí)現(xiàn)之路并非平坦，而是充滿各種挑戰(zhàn)。

工業(yè)大數(shù)據(jù)的未來(lái)： 從智能終端設(shè)備到企業(yè)系統(tǒng) — 隨著傳感和網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)的普及，在系統(tǒng)中添加測(cè)量功能從未如此簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn) —網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須不斷進(jìn)步才能滿足下一代工業(yè)系統(tǒng)的需求，并從根本上改進(jìn)運(yùn)行機(jī)器、電網(wǎng)和交通軌道系統(tǒng)的方式。

測(cè)試爆炸式增長(zhǎng)的智能設(shè)備 —測(cè)試領(lǐng)導(dǎo)者并不會(huì)針對(duì)每個(gè)待測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)一套獨(dú)特的測(cè)試系統(tǒng)，而是設(shè)計(jì)可適應(yīng)且可測(cè)試所有智能設(shè)備的智能測(cè)試系統(tǒng)。

軟件消費(fèi)化，如何才能不一樣？ —在一個(gè)亟需匯聚融合的市場(chǎng)中，最佳的應(yīng)對(duì)之策是軟件供應(yīng)商給出解決方案。

是德科技為實(shí)時(shí)示波器推出串?dāng)_分析應(yīng)用軟件

2016 年 1 月25日，是德科技公司推出最完整的N8833A和N8833B串?dāng)_分析應(yīng)用軟件，用于幫助診斷串?dāng)_。應(yīng)用軟件不僅能探測(cè)和量化串?dāng)_，而且能確認(rèn)哪些入侵信號(hào)負(fù)主要責(zé)任。此外，應(yīng)用軟件實(shí)際上還可從受害波形中消除串?dāng)_，讓工程師對(duì)同類原始波形和干凈波形進(jìn)行可視化比較，并且比較來(lái)自其他示波器分析工具的結(jié)果，例如實(shí)時(shí)眼圖或抖動(dòng)分析。這讓工程師能夠直接對(duì)減少不同串?dāng)_源的改善程度做出量化判斷。

串?dāng)_分析應(yīng)用軟件能夠提供大量有價(jià)值的設(shè)計(jì)洞察。例如，應(yīng)用軟件能夠幫助工程師確認(rèn)在沒(méi)有串?dāng)_的情況下，設(shè)計(jì)恢復(fù)的裕量。此外，還能幫助確認(rèn)未達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的信號(hào)能否在消除串?dāng)_后達(dá)標(biāo)。這會(huì)影響重要的設(shè)計(jì)決策，例如決定是否值得花費(fèi)時(shí)間和精力來(lái)改善串?dāng)_影響或應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行哪些改進(jìn)。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)更高的傳輸速度需求，要求更高的數(shù)據(jù)速率和并行數(shù)據(jù)線路，而且線路有必要更緊密的放置。更高比特率和間隔更緊密的線路會(huì)使串?dāng)_量增加。因此，串?dāng)_正在成為一個(gè)需要診斷的更重要的問(wèn)題。電源也是一個(gè)重要的元器件。它們會(huì)以噪聲和抖動(dòng)的形式對(duì)所驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)線路制造干擾，而它們本身也易受數(shù)據(jù)相關(guān)噪聲的影響，例如會(huì)導(dǎo)致地跳的同步切換噪聲。

串?dāng)_分析應(yīng)用軟件能夠同時(shí)分析最多 4 個(gè)信號(hào)(入侵或受害信號(hào))。無(wú)需額外仿真輸入或文件。應(yīng)用軟件能夠處理不同類型的串?dāng)_，包括傳輸線近端串?dāng)_(NEXT)和遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT)，以及電源入侵信號(hào)，包括電源引起的抖動(dòng)(PSIJ)、壓敏振幅噪聲和同步切換網(wǎng)絡(luò)。串?dāng)_清除波形可以與示波器工具配合使用，例如E2688A SDA 眼圖分析、N5400A EZJIT Plus 抖動(dòng)分析軟件、N5465A InfiniiSim 去嵌入工具和N5461A 串行數(shù)據(jù)均衡軟件。

是德科技推出首款面向航空航天

無(wú)線電臺(tái)通信領(lǐng)域的 PXI 參考解決方案

2016 年2月1日，是德科技公司日前推出首款面向軍事和公共安全無(wú)線電臺(tái)領(lǐng)域的PXI 開放式無(wú)線電臺(tái)測(cè)試參考解決方案和無(wú)線電臺(tái)音頻測(cè)試庫(kù)。該款是德科技參考解決方案可以幫助工程師快速評(píng)測(cè)對(duì)無(wú)線電臺(tái)的核心測(cè)試測(cè)量功能，并將其集成到驗(yàn)證、生產(chǎn)或運(yùn)維測(cè)試系統(tǒng)中。

新無(wú)線電臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)師和制造商面臨著一個(gè)非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)--如何讓更多通道和更寬帶寬等新技術(shù)與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期支持有機(jī)結(jié)合起來(lái)。無(wú)線電臺(tái)測(cè)試參考解決方案提供出色的靈活性、模塊化特性和升級(jí)能力，無(wú)需大幅修改測(cè)試系統(tǒng)，即可添加新的功能并提升性能。

除了傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字無(wú)線電臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)之外，參考解決方案還支持現(xiàn)代通信標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)生成和分析，包括提供更寬的數(shù)據(jù)帶寬，在新一代公共安全無(wú)線應(yīng)用中得到了廣泛使用的LTE標(biāo)準(zhǔn)。參考解決方案還能生成和分析用戶自定義波形，并支持高達(dá) 27 GHz 的雜散發(fā)射等高級(jí)測(cè)量功能。

硬件選件涵蓋從經(jīng)濟(jì)型的M9290A CXA-m 信號(hào)分析儀到高性能的M9393A 矢量信號(hào)分析儀。軟件選件包括KeysightX 系列測(cè)量應(yīng)用軟件，支持通用的 AM、FM 和數(shù)字無(wú)線電臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，例如 APCO P25 和 TETRA 信號(hào)。M9560A 無(wú)線電臺(tái)音頻測(cè)試庫(kù)完成音頻信號(hào)的生成和分析。

泰克科技推出簡(jiǎn)便易用的圖形源測(cè)量單元(SMU)儀器

2016年1月14日，泰克科技公司日前宣布，推出一款簡(jiǎn)便易用的圖形源測(cè)量單元(SMU)儀器，用以優(yōu)化和分析高功率材料、器件和模塊的特性。

Keithley 2461高電流源表SMU儀器為創(chuàng)建精確控制的10 A/100 V、1000 W高電流脈沖提供了許多先進(jìn)的功能，最大限度地降低功率器件熱量效應(yīng)，保持器件的完整性。雙18位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以簡(jiǎn)便地測(cè)量待測(cè)器件特點(diǎn)，并在前面板上直接以圖形方式顯示，立即進(jìn)行分析。

開發(fā)下一代高功率材料和器件的科研人員、科學(xué)家和設(shè)計(jì)工程師必需能夠在各種DC和脈沖功率上進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)待測(cè)器件性能，同時(shí)使器件自熱效應(yīng)達(dá)到最小，因?yàn)樽詿峤?jīng)常導(dǎo)致器件或模塊故障。這適用于材料研究、半導(dǎo)體器件、電路保護(hù)裝置、高級(jí)照明技術(shù)、能源貯存和生成器件及消費(fèi)電子中使用的功率管理電子等市場(chǎng)。

與泰克其他吉時(shí)利圖形SMU一樣，2461提供了簡(jiǎn)單直觀的Touch, Test, Invent?用戶體驗(yàn)，最大限度地縮短學(xué)習(xí)周期，加快測(cè)試設(shè)置，更快地獲得所需信息。通過(guò)圖形觸摸屏界面，用戶可以像在智能手機(jī)和平板電腦上一樣，使用自然手勢(shì)在前面板上直接與結(jié)果交互，迅速放大和縮小數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的分析。內(nèi)置開放源腳本語(yǔ)言使得用戶能夠?yàn)閷ｉT的測(cè)量應(yīng)用創(chuàng)建可以重用、可以量身定制的測(cè)試軟件庫(kù)。

2461的10A/100V、1000W脈沖功率使得工程師可以在更短的時(shí)間內(nèi)對(duì)待測(cè)器件應(yīng)用更多的功率，最大限度地降低待測(cè)器件的自熱效應(yīng)，相比之下，DC電流測(cè)試則可能會(huì)掩蓋待測(cè)器件的真實(shí)特點(diǎn)。如果應(yīng)用電流的時(shí)間太長(zhǎng)，DC測(cè)試還可能會(huì)損壞待測(cè)器件。由于18位雙1 MS/s模數(shù)轉(zhuǎn)換器，2461可以同時(shí)測(cè)量和查看待測(cè)器件特點(diǎn)、波形以及電流和電壓的瞬態(tài)事件。全新的快速“接觸檢查”功能可以幫助用戶最大限度地降低測(cè)量誤差，減少與接觸疲勞、探頭尖端雜質(zhì)、連接松動(dòng)或斷開和繼電器故障有關(guān)的產(chǎn)品誤判。這些功能讓用戶對(duì)測(cè)試結(jié)果更自信，從而可以更快地做出設(shè)計(jì)和工程決策。

是德科技推出一款基于 14 插槽 AXIe 主機(jī)的多通道比特誤碼率測(cè)試儀

2016年 1 月19日，是德科技公司宣布推出一款基于 14 插槽 AXIe 主機(jī)的多通道比特誤碼率測(cè)試儀解決方案，適用于多路測(cè)試。最新比特誤碼率測(cè)試儀使用最新的M8070A 系列軟件(3.0版本)。M8000 系列比特誤碼率測(cè)試解決方案提供了對(duì)多通道應(yīng)用更快速的洞察。

電子設(shè)備與系統(tǒng)不斷增加的復(fù)雜性，更高的數(shù)據(jù)速率，使這些設(shè)備的測(cè)試面臨更多挑戰(zhàn)。當(dāng)速率較低時(shí)，單路測(cè)試即可滿足要求。但是，如果數(shù)據(jù)速率較高，工程師可能會(huì)遇到更多的串?dāng)_問(wèn)題。因此，針對(duì)不同干擾源和干擾信號(hào)應(yīng)用多路測(cè)試就變得十分重要。例如 PCIe? 3 具有高達(dá) 16 個(gè)差分 8 Gb/s 通道，還有10 Gb/s PON、40 GbE 和 100 GbE，要求 4 至 10 個(gè) 10 Gb/s 通道。在測(cè)試設(shè)置中廣泛使用射頻開關(guān)切換會(huì)增加信號(hào)的額外損耗和反射。工程師現(xiàn)在使用新的 M8030A 多通道比特誤碼率測(cè)試儀，無(wú)需再使用這些射頻開關(guān)。

14 插槽 AXIe 主機(jī)增強(qiáng)了廣泛使用的J-BERT M8020A的能力，支持從 4 通道擴(kuò)展至 10 通道，這意味著主機(jī)能夠同時(shí)有效支持最多 8 個(gè) PCIe 通道進(jìn)行 ASIC 測(cè)試。其他應(yīng)用包括內(nèi)含多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的多通道無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)系統(tǒng)測(cè)試。M8070A 軟件新的 3.0 版本集成了眾所周知的 M8070A 用戶界面下的所有模塊，因此能夠確保已有用戶快速掌握。

除了完善的ParBERT 81250延遲解決方案，新的 M8030A 多通道比特誤碼率測(cè)試儀提供了面向每個(gè)通道的集成的抖動(dòng)注入、8 分接去加重和可調(diào)的碼間干擾(ISI)功能。在分析儀方面，每個(gè)通道都擁有時(shí)鐘恢復(fù)和 CTLE。高集成度可以幫您節(jié)省占地面積，提高測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。

M8030A 多通道比特誤碼率測(cè)試儀可提供兩種機(jī)箱和控制器套件：M8030A-BU1，包括機(jī)箱和一臺(tái) AXIe 嵌入式控制器；以及 M8030A-BU2，可用于從外部 PC 通過(guò) PCI Express?進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

艾德克斯推出首款交/直流電子負(fù)載產(chǎn)品

2015年10月1日，艾德克斯推出首款交/直流電子負(fù)載--IT8615，該產(chǎn)品為420V/20A/1800W，頻率45HZ~450HZ可調(diào)，體積僅有3U。IT8615擁有比市場(chǎng)上同類產(chǎn)品更齊全的功能，并具有四大特殊優(yōu)勢(shì)，成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，帶給工程師們專業(yè)、方便、靈活的使用體驗(yàn)。

完善的諧波測(cè)量/分析功能 為了保證電網(wǎng)環(huán)境的純凈，在設(shè)計(jì)之初就需要進(jìn)行諧波的測(cè)試與分析。IT8615可編程交/直流電子負(fù)載具有這項(xiàng)功能，不僅可以測(cè)量諧波，更可以對(duì)50次以內(nèi)疊加的諧波做單次諧波分析，且可以用柱狀形式(BAR)或列表(LIST)顯示各次諧波所占百分比的分析結(jié)果。市場(chǎng)上的很多產(chǎn)品都不具備這一功能，還有的產(chǎn)品是將這項(xiàng)功能作為額外收費(fèi)選配的功能，相對(duì)而言，IT8615標(biāo)配完善的諧波測(cè)量/分析功能，是工程師們更好的選擇。

方便的示波器波形顯示功能 在電子測(cè)試中，工程師們通常需要借助示波器來(lái)觀察實(shí)時(shí)的電壓、電流波形。如果使用艾德克斯IT8615可編程交/直流電子負(fù)載，就可以省去昂貴的示波器費(fèi)用。因?yàn)镮T8615獨(dú)特的示波器波形顯示功能，可以選擇顯示或隱藏待測(cè)物的輸入電壓和電流波形，屏幕上只觀察必要波形，更為直觀。同時(shí)還可以通過(guò)人性化的截屏功能鍵，將當(dāng)前屏幕圖片截圖并通過(guò)前置USB接口保存到外圍設(shè)備存儲(chǔ)盤中，方便對(duì)數(shù)據(jù)及波形進(jìn)行二次分析。

并聯(lián)/三相控制 IT8615具備多臺(tái)并聯(lián)的功能來(lái)達(dá)到更大電流的輸入。同時(shí)，IT8615可編程交/直流電子負(fù)載可以進(jìn)行三相連接，還具有并聯(lián)三相的功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于三相交流電源或者更大功率電源的測(cè)試應(yīng)用。在三相并聯(lián)應(yīng)用中，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)Y型和Δ型的連接方式，進(jìn)行自由靈活的搭配。市場(chǎng)上有一些交流電子負(fù)載，雖然也可以做到這一點(diǎn)，但Y型連接時(shí)電壓不能夠達(dá)到380V，而國(guó)內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)的220V供電，這樣一來(lái)此類產(chǎn)品就無(wú)法應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某些產(chǎn)品的測(cè)試。而IT8615可以實(shí)現(xiàn)交流380V的輸入，全球通用，滿足多元的測(cè)試需求。

可調(diào)的CF/PF值 艾德克斯IT8615可編程交/直流電子負(fù)載的交流負(fù)載操作模式有CC/CR/CW模式。當(dāng)工程師在使用CC或CW操作模式的時(shí)候，可以根據(jù)測(cè)試需求對(duì)功率因素(PF)或峰值因素(CF)或兩者同時(shí)進(jìn)行編輯，PF設(shè)定值范圍是0~1(超前或滯后)，CF設(shè)定范圍為1.414~5，此外還有多種設(shè)定模式(優(yōu)先級(jí))可供選擇，這些自由靈活的調(diào)整功能都是為了讓工程師實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際電流更為真實(shí)的模擬，從而達(dá)到更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試結(jié)果。

新無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)可隔空高效充電

俄羅斯圣彼得堡大學(xué)的研究人員推出一種新的無(wú)線電力傳輸(WPT)系統(tǒng)，可以在距離20厘米內(nèi)保持80%的電力傳輸效率，且期間傳輸效率隨著距離增加衰減極小。該研究成果刊登在最新一期的《應(yīng)用物理快報(bào)》上，可用于需要隔空進(jìn)行無(wú)線充電的領(lǐng)域。

WPT最早由著名的特斯拉公司在20世紀(jì)提出，直到2007年麻省理工學(xué)院的科學(xué)家才展示出其可行性，以45%的轉(zhuǎn)化效率驅(qū)亮了兩米以外的一個(gè)60瓦燈泡。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)26日?qǐng)?bào)道，新的WPT系統(tǒng)基于共振耦合原理，類似于一個(gè)歌劇演唱者發(fā)出強(qiáng)大的聲音足以將能量傳遞到一個(gè)有著相同共振頻率的葡萄酒玻璃杯，致使其粉碎。在同一頻率的線圈共振條件下，一個(gè)共振的銅線圈可以轉(zhuǎn)移能量到另一個(gè)二次諧振的銅線圈，且要求附近沒(méi)有相同共振頻率的其他物體以保證其不受影響。由于磁場(chǎng)對(duì)包括人體在內(nèi)的大多數(shù)其他對(duì)象耦合作用弱，故WPT系統(tǒng)使用磁場(chǎng)耦合可進(jìn)一步減少意外的相互作用。

研究人員通過(guò)兩種方法減少了電力傳輸中的功率損耗，從而提高了WPT系統(tǒng)的效率。首先，用“高介電常數(shù)且低損耗介質(zhì)諧振器”取代傳統(tǒng)的銅圈。其次，與通常使用的磁偶極子模式不同，研究人員采用磁四極模式，減少了輻射損耗。

Unequal Clustering Algorithm for Wireless Sensor Networks

Su Bing，Zhang Yujing

(School of Information Science and Engineering，Changzhou University，Changzhou213164，China)

Abstract:In wireless sensor networks, clustering is an effective technique to extend the network lifetime. However, in the multi-hop clustering model, if the nodes are uniformly distributed and the clusters are of equal size, the cluster heads closer to the sink have to relay more data, leading to the energy hole problem. Unequal clustering methods have been proposed to mitigate the energy hole problem. We first selected cluster heads based on the residual energy of nodes, the distance to the sink and the number of neighbors. Once the cluster is formed, the data are forwarded to the sink through the one-hop and multi-hop mechanism. Experimental results show that this algorithm can effectively prolong the network life cycle, balance the network energy consumption, and effectively delay the forming speed of energy hole.

Keywords:wireless sensor network；unequal clustering；multi-hop communication；routing algorithm

文章編號(hào)：1671-4598(2016)02-0325-03

DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.02.090

中圖分類號(hào)：V416

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：蘇兵(1972-)，男，江蘇常州人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事傳感網(wǎng)組網(wǎng)控制、網(wǎng)絡(luò)安全和軟件工程方向的研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61572085)

收稿日期：2015-09-09；修回日期：2015-10-09。