無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次拓撲控制算法研究.pdf

1、拓撲控制是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一項關(guān)鍵技術(shù)，它不僅可以改善網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，同時也可為其他網(wǎng)絡(luò)層次的算法提供基礎(chǔ)平臺。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個能量受限的網(wǎng)絡(luò)，拓撲控制算法可針對該特點構(gòu)造專門的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，從而達到提高網(wǎng)絡(luò)壽命以及均衡節(jié)點之間能量的目的。因此，本文在基于能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上設(shè)計幾種拓撲控制算法，以達到延長網(wǎng)絡(luò)生命時間和提高節(jié)點之間的能量均衡性的目的。
　　 拓撲控制是指在網(wǎng)絡(luò)滿足一定連通度和覆蓋度的情況下，通過調(diào)

2、整節(jié)點的傳輸功率來選擇合適的骨干節(jié)點并將網(wǎng)絡(luò)中多余的通信鏈路刪除，以達到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式的一種網(wǎng)絡(luò)管理方法。層次型拓撲控制是拓撲控制策略中非常重要的一種。層次型拓撲控制是指通過選擇合適的骨干節(jié)點，將網(wǎng)絡(luò)分割成多個層次的數(shù)據(jù)傳輸子網(wǎng)。層次型結(jié)構(gòu)可使非骨干節(jié)點在沒有進行通信的時候進入到休眠狀態(tài)，同時在骨干節(jié)點上對接收的數(shù)據(jù)包進行融合處理，從而通過減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量來達到節(jié)能的目的。
　　 在層次型拓撲控制中，節(jié)點之間的路徑不需要進

3、行定期維護。網(wǎng)絡(luò)運行是基于輪的方式。在每輪中，所有節(jié)點都要參與網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。在重構(gòu)過程中，簇頭的選擇非常重要，如果簇頭選擇不當將造成網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點剩余能量的不均衡，從而造成網(wǎng)絡(luò)生命時間的下降。因此，論文通過設(shè)計合理的簇頭預(yù)測算法對網(wǎng)絡(luò)簇頭進行選擇。當某輪結(jié)束的時候，簇頭節(jié)點對接下來幾輪的簇頭進行預(yù)測，預(yù)測依據(jù)是節(jié)點的剩余能量。在簇頭預(yù)測機制的基礎(chǔ)上，文章提出了層次型拓撲控制算法CP-DCRP。如果基站的計算能力允許，則可以采用基站計算然后廣播

4、的方式，并且在簇頭之間采用多跳傳輸機制，避免因簇頭直接和基站進行通信而造成能量浪費的情況。多跳傳輸機制有多種，本文采用基于能量距離的局部最短路徑算法。根據(jù)上述構(gòu)想，論文提出了一個多方面綜合改進的拓撲控制算法SCPEBMT。
　　 當節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)時，如果選擇多跳傳輸方式，則下一跳節(jié)點的選擇至關(guān)重要。鄰居集合的創(chuàng)建是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點選擇下一跳節(jié)點時非常關(guān)鍵的一環(huán)。如果鄰居集合中的節(jié)點選擇比較合理，同時數(shù)量比較充足，則會使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)到

5、下一跳節(jié)點時不僅能夠節(jié)省很多能量，同時也會使鄰居節(jié)點集合中節(jié)點的剩余能量比較均衡。因此，論文提出了基于鄰居集合的兩個拓撲控制算法RNS-MCRP和NS-MCRP。在分簇拓撲中，節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸方式可以是多跳傳輸也可以是單跳傳輸。但是，對于某個具體的拓撲控制算法的某個具體的簇來說，可能由于多跳機制的不合理性，導(dǎo)致多跳傳輸方式的能耗大于單跳傳輸方式的能耗。因此，可通過尋找一個能耗臨界點來設(shè)計基于混合傳輸方式的拓撲控制算法?；谏鲜鏊枷?，文

6、章提出了基于混合傳輸?shù)耐負淇刂扑惴∕S-LEACH。
　　 在層次型拓撲控制中，基于骨干節(jié)點的拓撲控制算法是對基于分簇結(jié)構(gòu)的拓撲控制算法的一種擴展。基于骨干節(jié)點的拓撲控制算法一般采用啟發(fā)式算法實現(xiàn)。所生成的骨干節(jié)點組成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與收集的骨干網(wǎng)，并且該骨干網(wǎng)覆蓋了網(wǎng)絡(luò)中所有的非骨干節(jié)點。因此，基于上述思想，論文提出了基于骨干節(jié)點的拓撲控制算法VBT-EBHRP，同時也提出了構(gòu)造近似最小數(shù)目的骨干網(wǎng)構(gòu)造算法MCDSA。在無線傳感器網(wǎng)