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无线传感器网络中基于Convexhull的能量空洞避免路由算法
一、简介
在无线传感器网络中，能量是一项高度限制的资源。因此，在设计路由协议时，必须考虑能量消耗情况。传感器节点通常使用定向通信来扩大传输范围，但是这样会导致能量空洞形式的局部耗能。对于能量空洞的避免，通常采用多路径路由或避免路由两种方法。本文将介绍一种基于Convexhull的能量空洞避免路由算法。
二、Convexhull
Convexhull是凸壳算法，在平面上的点集中计算最小凸多边形的方法。在传感器网络中，Convexhull可以用于计算多边形区域范围，以便在路由中避免能量空洞。
三、算法描述
本文所提出的算法是一种能量空洞避免路由算法，其目标是为了优化传感器网络的能量消耗。其算法步骤如下：
1.初始化：首先，确定起点和终点，并将它们添加到节点列表中。然后，将所有节点分类为内部节点和边界节点。在路由过程中，内部节点用来传输数据，而边界节点用于构建Convexhull。
2.Convexhull构建：基于Convexhull，我们将在路由中使用边界节点。首先，计算点集的Convexhull，将Convexhull内的所有边界节点添加到边界节点列表中。然后，从边界节点列表中选择一条到目标点的路径。
3.路径更新：当选择路径后，在两侧添加内部节点，以避免可能形成的能量空洞。这样，可以创建一个新的路径。重复这个过程，直到到达终点。
四、算法实现
在实现中，我们使用MATLAB来模拟传感器网络，并测试我们的算法。在MATLAB中，我们使用了一个模拟节点网络，该网络包含100个节点。
我们编写了两个不同的函数来实现算法。首先，我们创建了一个函数来计算点集的Convexhull。然后，我们创建了第二个函数来实现路由算法本身。该函数可以接受起点和终点并返回计算出的路径。在该函数中，我们使用了Convexhull算法，以便在路由中避免能量空洞。
五、算法评估
我们将我们的算法与其他三种算法进行了比较。首先，我们实现了常规的避免空洞路由算法。然后，我们实现了比例路由算法。最后，我们实现了扩展路由算法。
在对比中，我们使用了三个指标来对算法进行评估。这些指标是：平均能量消耗、平均传输延迟和平均丢包率。在实验中，我们通过模拟节点网络并记录这些指标来评估算法。
根据实验结果，我们发现本文所提出的算法比其他三个算法表现更优。该算法的优势在于它能够有效地解决能量空洞问题，同时保持平均能量消耗和传输延迟等方面的性能。
六、总结
本文提出了基于Convexhull的能量空洞避免路由算法。该算法可以帮助优化传感器网络的能量消耗，并提高传输延迟和丢包率等方面的性能。在实验中，我们对该算法进行了评估，并将其与其他三种算法进行了比较。根据评估结果，我们发现该算法比其他三种算法表现更优。因此，该算法应该成为无线传感器网络中路由设计方案的有用选项。