實驗結果分析

扇形分層分析：

原本的扇形分層法裡只將網路拓樸分為內外兩層，我們採用了不同的 扇形分層方式，將網路拓樸依距離和面積調整分層數，並且比較依半徑比 例來劃分的結果和依面積比例劃分的結果。

我們使用 NS2 模擬工具來進行扇形分層的模擬，並且初始感測節點個 數為 100 個，感測範圍採用預設的 250 公尺，網路拓樸範圍為 500 公尺 * 500 公尺，扇形的分層數則是依感測節點密度調整測試， 一開始，我們先以半 徑實驗並且調整角度來分區以及分層數，之後實驗面積與半徑分層的優 劣，再與原本的扇形分層、直接傳送、靜態中繼點傳送和動態中繼點傳送 比較，最後，我們觀察改善的方法和扇形分層法在網路拓樸區域存活的狀 況，觀察內層和外層節點的死亡分布情形。

圖 7 劃分 2 個 Track 並且比較 Sector 數的影響

一開始我們先實驗扇形的 Track 和 Sector 的影響，我們將 Track 固定為

2，比較 Sector，從圖 7 可以發現，當扇形只分為 2 個 Track 時，2 個 Sector 和 3 個 Sector 的結果會是比較好的，這是因為分 Sector 可以有效的防止感 測節點在傳送時會傳送到離自己較遠的地方。

圖 8 劃分 3 個 Track 並且比較 Sector 數的影響

當我們固定 3 個 Track 去比較 Sector 的影響時，可以發現 3 個 Sector 的結果明顯優於其他的，這是因為當 Track 數增加的時候，當感測節點要傳 送到下一層的節點，分成 3 個 Sector 可以讓節點在傳送時趨近於直線傳送，

有效的減少能量在傳送時的消耗。

圖 9 劃分 4 個 Track 並且比較 sector 數的影響

當 Track 固定為 4 個的時候，Sector 的影響比 3 個 Track 更大，甚至可 以發現當劃分為 4 個 Track、3 個 Sector 的時候，感測節點經過長時間也還 有 80%的存活率。

圖 10 固定劃分三個區，比較分層數的差異

在圖 10，我們將 Sector 固定為 3 個，並且比較 Track 的差異，可以發 現，當 Track 劃分為 4 個的時候，結果明顯優於 3 個和 4 個，Track 劃分的 多，可以縮短傳輸距離，減少能量的消耗，可是接近基地台的感測節點負 擔會加重；劃分的少，傳輸距離增長，可以減少接近基地台感測節點的負 擔，但是由於傳輸距離會加長，增加了其他感測節點的負擔。經過實驗，

當 Track 和 Sector 固定在 4 和 3 的時候，結果較好。

圖 11 比較各種半徑比例的差異

我們實驗了各種扇形劃分的比例，我們將半徑做了各種調整來測試，

以下是我們將半徑劃分的數據和比例：

4Track3Sector：175-350-525-邊界 (1：1：1：1) 4Track3Sector1：280-490-630-邊界 (2.5：2：1.5：1) 4Track3Sector2：250-450-600-邊界 (2：1.75：1.25：1) 4Track3Sector3：233-437-583-邊界

4Track3Sector4：200-450-650-邊界 4Track3Sector5：125-250-375-邊界

4Track3Sector6：140-280-420-邊界 4Track3Sector7：200-350-500-邊界

從圖 11 可以發現，結果當半徑為 1：1：1：1 節點存活率是最高的。

圖 12 比較依半徑和面積劃分扇形的差異

我們從實驗得知，以半徑來畫分 Track 時，使用等半徑劃分可以得到 最好的結果，在圖 12 裡，我們比較了以面積來劃分和以半徑來劃分 Track 的結果。在面積劃分裡，我們讓內層面積比外層大，當第一層面積為第二 層的 2 倍以及 3 倍的比較，以下是我們比較的項目：

4Track3Sector：Track 為 4 個、Sector 為 3 個，半徑比例為等半徑。

energy_3f3：Track 為 4 個、Sector 為 3 個，面積比例：27：9：3：1 energy_3f2：Track 為 4 個、Sector 為 3 個，面積比例：8：4：2：1 energy_no：Track 為 4 個、Sector 為 1 個，面積比例：1：1：1：1

energy_2f：Track 為 4 個、Sector 為 2 個，面積比例：1：1：1：1 energy_3f：Track 為 4 個、Sector 為 3 個，面積比例：1：1：1：1

從結果來看，半徑的劃分優於面積的劃分，以面積為畫分，大部分都 會讓第一層的半徑過大，造成傳輸上的負擔，因此以等半徑劃分 Track 的結 果反而比以面積劃分還要好。

圖 13 改善的新方法和其他傳輸方法做比較

在圖 13，我們將改善的新方法(4Tracks 和 3Sectors)和[5]中的扇形分層法 (Half Distance)、直接傳輸、靜態中繼點傳送和動態中繼點傳送做比較，從 實驗結果得知，我們改善扇形分層的方法明顯優於其他的比較方法。

圖 14 分成 2 個 Track、3 個 Sector 的區域存活圖(半徑相等) (擷取時間：7.159182 秒)

圖 15 分成 3 個 Track、3 個 Sector 的區域存活圖(半徑相等) (擷取時間：7.835349 秒)

圖 17 分成 4 個 Track、3 個 Sector 的區域存活圖(半徑相等)

(擷取時間：16.212815 秒)

我們將所有的感測節點座標和死亡的節點座標取出來，如圖 14、圖 15、

圖 16，紅色代表已經死亡的感測節點，而藍色是仍然存活的感測節點，擷 取時間是系統結束的模擬時間，模擬時間結束是依據整個感測網路已經不 再有封包進行傳送、接收和丟棄當作結束時間。從圖 14、圖 15、圖 16 可 以看出來，當 Track 數目少，內層和外層的感測節點都必須經過長距離的傳 送，造成內外層的節點死亡率偏高。當我們把網路拓樸分成 4 個 Track、3 個 Sector 並且以等半徑來劃分 Track，存活的感測節點不但分布平均，而且 因為能量消耗平均且緩慢，增加了系統的可靠性。

圖 18 分成 4 個 Track、3 個 Sector 的區域存活圖(面積 1:1:1:1) (擷取時間：21.091301 秒)

圖 19 分成 4 個 Track、3 個 Sector 的區域存活圖(面積 8:4:2:1) (擷取時間：18.759892 秒)

在圖 17、圖 18、圖 19，我們觀察以面積來劃分扇形分層的區域存活狀 況，當面積劃分越來越大的時候，內層的距離就會相對的加長，雖然外層 的感測節點因為距離變小，區域存活的狀況較好，但是內層的感測節點不 但距離長，還需要負載較多的資料進行傳送。以面積來劃分網路拓樸，將 會造成內層的感測節點短時間內大量死亡。

圖 20 分成 4 個 Track、3 個 Sector 的區域存活圖(面積 27:9:3:1) (擷取時間：19.240040 秒)

我們實作了扇形分層法[5]的區域存活狀況，如圖 20，可以發現將 Track 只劃分為 2 層、不劃分 Sector，造成內層和外層分布在兩側的死亡率偏高。

感測節點隨機選擇負責轉傳的內層節點，位於邊緣的節點有機率選擇到距 離很遠的內層感測節點，因此內層節點不但容易因為距離過長而死亡，位 於邊緣的外層感測節點也會因為選擇到較遠的感測節點加速能量的消耗。

圖 21 扇形分層法的區域存活狀況 (擷取時間：5.140184 秒)