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文档简介

,WSN拓扑控制GAF算法,第13小组,1,.,GAF算法,GAF(GeographicalAdaptiveFidelity)算法是用地理位置为依据来进行分簇的算法。它将监测区域划分为虚拟单元格，将节点按照位置信息划归相应的单元格。在每个单元格中定期选举出一个簇头节点，若簇头节点保持激活状态，其他节点则进入睡眠状态。,2,.,GAF算法中，节点的状态标记为三种状态：睡眠、发现和激活。传感器网络的初始状态是：所有的节点都处于发现状态。处于发现状态下的节点之间交换Discover消息，获取同一个虚拟单元格内其他节点的信息。Discover消息包括以下几个部分的信息：节点自身的ID、所在虚拟单元格的ID、节点状态、节点激活时间的估值等。,3,.,节点状态的转换如左图所示。只要是节点处于发现状态，都会对应一个发现状态计时器。如果节点处于发现状态的时间超过设定值Td，该节点就广播发送Discover消息，并转换到激活状态。在没有超过发现状态计时器的设定值Td之前，如果收到了另外的节点已经成为簇头节点的消息后，发现状态计时器将关闭，无线通信发射模块也关闭，节点进入睡眠状态。,4,.,当节点进入激活状态后，激活状态计时器启动计时，设置一个Ta，若激活状态的持续时间超过Ta，则转入发现状态。当节点处于睡眠状态后，启动一个睡眠状态计时器，设置一个时间参数Ts，一旦睡眠状态持续时间超过Ts，节点就转入发现状态。处于激活状态的节点在Ta超时之前，定时向外广播消息通告自己处于活动状态，以使其他节点中处于发现状态的节点不要进入激活状态。,5,.,GAF算法在执行中分为两个阶段：虚拟单元格的划分和虚拟单元格中簇头的选择。在虚拟单元格的划分阶段，依据WSN节点的位置信息和通信覆盖范围，将节点的部署区域划分为若干个虚拟单元格，划分中要保证相邻虚拟单元格中的所有节点都能够相互及直接通信。,6,.,对于WSN中的一个成员节点，已知整个监测区域的位置信息和自身的位置信息，就可以根据这些信息通过计算来确定自己处于哪一个虚拟单元格中。假设所有的节点通信半径是R，虚拟单元格是边长为r的正方形区域，要使相邻的两个虚拟单元格内任意两个节点之间能够直接通信，必须满足以下关系：,7,.,每个虚拟单元格产生一个保持激活状态的节点。如右图所示，图中有三个虚拟单元格，每个单元格内分布有若干个WSN节点。在虚拟单元格中的簇头选择阶段，刚开始的时候，所有的节点都处于发现状态，通过彼此发送包含自身的ID、位置信息的消息，同一虚拟单元格中的所有节点都彼此知道对方的信息，然后依照上述算法顺序地进行激活、睡眠和发现状态运行。,虚拟单元格的划分（黑色节点表示处于激活态）,8,.,在GAF算法的执行过程中，簇头的能量消耗越大，在本轮簇头竞争中继续成为簇头节点的概率就越低。通过仿真实验证明：GAF算法可以延长网络的生命周期，节点密
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