无线传感器网络(k,m)-容错连通支配集的分布式构建

采用连通支配集作为虚拟骨干可以延长无线传感器网络的生命时间,但是考虑到节点容易失效,虚拟骨干还需要具有一定的容错性。对此,针对任意k和m取值,提出了一种完全分布式的k-连通m-支配集构建算法,其中k-连通保证了网络中支配节点之间的容错性,m-支配则保证了普通节点与支配节点之间的容错性。该算法可以在异构网络中进行扩展,首先构建连通支配集,然后采用最大独立集和贪心的思想将普通节点进行m-支配,最后在局部拓扑中通过公共邻居节点将连通支配集扩展为k-连通。仿真实验证实,该算法可以通过较低的通信开销获得规模较优的k-连通m-支配集。     

一种高效的最小连通支配集贪心算法

连通支配集（CDS）在无线网络设计中有着广泛应用,现有多数连通支配集算法每次处理一个节点。提出了一个同时处理多个节点的贪心算法（GCDS）,依次选取最小度数节点以及该节点两跳内的一至两个节点为处理节点,当删除处理节点后剩余点不连通时减少处理的节点数,进而把节点分为支配点和受支配点;最终所有支配点构成一个近似最小连通支配集。在模拟无线传感器网络的单位圆盘图上的仿真结果表明,GCDS算法具有较低的时间复杂度,所得到的连通支配集大小优于已有算法。     

无线传感器网络中一种启发式最小连通支配集算法

针对最小连通支配集问题设计了一种具有较高能量效率的启发式算法．算法首先把网络中所有的节点作为最小连通支配集的一个初始解,然后利用启发式修剪策略剔除冗余节点从而减小最小连通支配集的大小,直到没有冗余节点存在．文中将算法分成集中式和分布式两种情况进行了详细讨论．仿真结果表明,由于实现简便,该算法与其他已有算法相比较,在算法复杂性和算法稳定运行时间上有一定的优势．     

自组织网络分布式最小连通支配集创建算法*

针对无线自组织分组（Ad hoc）网络中最小连通支配集（MCDS）创建NP难问题,提出了一种分布式的最小连通集创建算法DMCA。DMCA基于最大独立集（MIS）的构建,只需要周围一跳邻居的信息,在不超过三跳距离的一对支配节点之间找出一条最短路径。对DMCA算法的性能分析表明,DMCA具有常数的近似比、线性的时间和消息复杂度。详细的仿真实验以及与其他创建最小连通支配集算法的比较表明,提出的DMCA算法在节点数量与节点传输范围变化时创建的最小连通集更小。     

一种改进的无线传感器网络EEMCDS算法

针对无线传感器网络中的有效路由,提出了一种改进的,基于最小连通支配集的能量有效算法IEEMCDS(Improved Energy-Efficient Minimum Connected Dominating Set).路由搜索主要集中在连通支配集内,通信量小.该算法是一个能量有效的分布式算法,在维护最小连通支配集时,充分考虑了节点的能量问题,优先选择高能量的节点充当连通支配集节点,提出了支配节点能量最小阈值调整法,可以有效地延长网络寿命.实例仿真表明在改进算法的连通支配集中,高能量的节点在支配集中一直占有较高的比例,从而有效地延长了网络寿命.     

基于最小连通支配集的无线传感器网络容错研究

过多的跳数对于无线传感器网络容错是不利的。无线传感器网络以往的研究中最小连通支配集主要是作为骨干网来使用,通过结合度来构建最小连通支配集,使得所构建的最小连通支配集不仅具备骨干网的功能,还具有容错的作用。提出了构建具有容错作用的基于度的最小连通支配集算法,仿真证明该算法可以有效地减少无线传感器网络的跳数,从而达到增强无线传感器网络容错的目的。     

求解圆盘图中最小连通支配集的近似算法

针对无线传感器网络常用的拓扑模型单位圆盘图,提出了基于分布式贪心策略的近似算法DDT,在算法执行的每一轮中,根据一跳邻域范围内的权值和邻居的状态信息,选举出节点并和已确定的节点连接,逐步构造出网络图中的一个支配树。用概率方法研究了支配树中的节点度的性质,通过对极大独立集和最小连通支配集之间关系的分析,得到单位圆盘图中最小连通支配集问题一个新的近似比。计算结果表明,和相关的分布式算法相比,DDT产生的连通支配集在规模上更优。     

基于拓扑特性的分布式虚拟骨干网算法

由于在任意连通网络中搜索最小连通支配集(minimum connected domination set,简称MCDS)是NP完全问题,提出了一种拓扑感知的MCDS启发式算法——TACDS(topology-aware connected domination set),并证明了其正确性.通过利用节点的拓扑特性,减小了支配节点选择的盲目性.该算法能够根据2跳内的局部拓扑信息构造出较小的CDS(connected domination set),从而得到基于该支配集的虚拟骨干网.仿真结果表明,该算法优于其他分布式CDS算法,可以更好地近似MCDS.     

无线传感器网络延迟约束的MDC分布式轨道规划算法

针对引入移动元素后无线传感器网络数据面临的收集延时问题,提出了一种分布式的移动数据收集器(MDC)轨道规划算法.首先给出基于k跳支配集的MDC最小时延规划问题定义,并证明它是NP-hard.在基于集结的数据收集模式汇总,k跳支配节点作为集结点缓存传感节点收集的数据并在MDC到达时上传.然后,提出了一种高效的基于k跳支配集的MDC轨迹构建算法.算法通过分布式的k-跳支配集算法找出网络中的支配节点,进而通过Prim算法和Christofides近似算法对MDC的移动轨道进行规划.算法的正确性、k-跳支配集的界、时间复杂性和消息交换复杂性通过理论进行分析.最后,通过仿真实验验证了算法的有效性.仿真结论表明,与同类算法相比,所提出算法能够显著缩短MDC的移动轨迹,因而可以降低网络延迟.     

基于分享度的最小连通支配集求解算法

以节点分享度作为选择分配点的优先级,提出一种最小连通支配集(CDS)求解算法.从根节点开始,将具有局部最大分享度的节点作为支配点,选择连接点与已确定的支配点连通,逐步构造网络的支配树,分析支配树的直径,计算支配树的平均跳数距离(AHD),从而评价网络的通信成本.实验结果表明,与CDS-BD-C2算法相比,该算法得到的CDS规模较小,且支配树的AHD平均减少12％.     

MANET中基于连通支配集的组合权值簇生成算法

对移动Ad Hoc网络(MANET)中的分簇机制进行了研究,提出一种基于连通支配集的组合权值簇生成算法(WCACDS),包括分簇算法和簇结构维护策略。通过节点的移动性、最小平均发射功率、能量消耗速度三方面的组合权值来量化节点的综合性能,利用改进后的求解连通支配集算法对节点分簇,以使性能较强的节点担任簇头,并且减少分簇数量。仿真实验结果表明,所提算法有助于提高网络负载均衡能力,增强网络的健壮性及稳定性。     

A reversing traversal algorithm to predict deleting node for the optimal k-node set reliability with capacity constraint of distributed systems

A k-node set reliability with capacity constraint is defined as the probability that a set, K, of nodes is connected in a distributed system and the total capacity of the nodes in K is sufficient under a given capacity. This is generally an NP-hard problem. For reducing computational time, a reasonable k-node set within a given capacity constraint must be determined by an efficient algorithm. In this work, we propose a reversing traversal method to derive a k-node set under capacity constraint having an approximate solution. Initially, the set K is assigned to all the nodes in a system. The proposed algorithm uses an objective function to evaluate the fitness value of each node in K and predict a deleting node, which is not a critical node, in K with minimal fitness value. After deleting the node, the fitness value of each node that is adjacent to the deleted node is tuned. The above two processes are repeated until the total capacity of the nodes in each subset of the set K does not satisfy the capacity constraint. In our simulation, the proposed method can obtain an exact solution above 90%. When a sub-optimal solution is obtained, the average deviation from an exact solution is under 0.0033. Computational results demonstrate that the proposed algorithm is efficient in execution time and effective for obtaining an optimal k-node set with capacity constraint.     

基于GSO算法的最小连通支配集问题求解

经典的最小连通支配集(MCDS)计算是NP难问题。为此,提出一种利用萤火虫优化算法求解该难题的新方法。把网络中的每个节点当作一个萤火虫个体,以节点度为基础构成荧光素,通过概率选择和荧光素调节机制,使个体被吸引向邻接的高亮度个体,从而由所选出的个体组成网络的支配集。经连接和修剪处理后,得到MCDS的近似解。在无线传感器网络模型的单位圆盘图上进行模拟实验,结果表明,该算法得到的连通支配集规模较小,更接近集中式算法的结果。     

基于多生成树和子网-节点度联合权重的MCDS构造算法

提出了一种基于多生成树和子网-节点度联合权重的静态无线网络极小连通支配集MCDS构造算法SWNMCDS。算法首先设定一个概率p,每个节点随机生成一个概率并与p对比后决定是否成为候选根节点。两跳范围内的候选根节点相互交换信息,确定最终的根节点。每个根节点基于节点权重的连通树生成算法生成多棵连通树。最后基于子网-节点度联合权重选择连通节点,将多棵连通树连成极小连通支配集。经分析,SWNMCDS算法近似比上限为2β(2+H(Δ)),时间复杂度为O(Δ2),消息复杂度为O(Δ2)(Δ为最大一跳邻居节点集合的大小,β为生成树数目)。仿真实验表明,与经典MCDS算法比较,SWNMCDS所构造的连通支配集具有较小的规模。     

连通支配集一种集中式近似算法

简单无向图的最小连通支配集问题是NP完全问题,目前还没有成熟解法。提出了一种用有序袁构建独立集求解连通支配集的算法,算法从图中度最大的顶点开始将顶点加入到有序表中,并在加入过程中构建独立集,同时加入其他节点连接独立集使其成为连通集当图中所有节点处理完成,有序表中标记为独立集的节点和连接节点就形成了一个连通支配集。实验表明算法生成的支配集较小,运行时间复杂度比较低。     

WSN中有效的最小单位圆集覆盖算法*

针对具有不同传输半径的无线传感器网络覆盖与广播数据转发问题,提出了一种以最小单位圆覆盖集作为广播数据转发集的算法。该算法能有效计算出覆盖范围的轮廓集,具有最优的时间复杂度O(n log n)。对每个节点,该算法以其最少数量的邻居节点子集实现所有邻居节点的覆盖,并证明了该算法找到的最小单位圆覆盖集与其轮廓集是相等的。详细的仿真实验及与现有算法的比较表明,提出的覆盖算法不仅以最少数量的节点实现了网络覆盖与广播数据转发,同时延长了网络生命期。     

基于改进Dijkstra算法的防冲突最短路径规划研究

多无人机在执行作业任务时可能面临发生航迹冲突的矛盾,由此提出一种改进Dijkstra算法用来实现多无人机寻找最短且互不冲突航线的功能。在经典Dijkstra算法搜寻并对各航迹节点遍历运算的过程中,通过引入各节点的前驱节点变长回溯数组来记录各节点包含的所有前驱节点,找出各任务从起始点到达目标点所存在的全部可行的最短长度航线。再引入时间窗冲突判断模型从各任务的所有可行航线中将互不冲突的航线分离出来,一旦所有航线都冲突,则将其中一条最短航线中的冲突节点当作临时障碍点处理,通过改变回溯数组重新找出与其他任务互不冲突的一条最短航线。应用Matlab软件设计编写程序来进行算法验证,实验表明该改进算法在多无人机执行作业任务时可以规划出各任务包含的全部长度最短且互不冲突的航线,任务集合的规划效率有了明显提高。     

能量限制的连通支配集分布式构造

在无线传感器网络中,通常采用连通支配集来构成一个虚拟骨干网以进行分层路由。在支配集中的节点的耗能相对其它节点要多,虚拟骨干网的生存周期由剩余能量最小的传感器节点决定。提出了一个有能量门限限制的连通支配集分布式构造算法,算法的主要思路是从任一节点开始,采用邻域深度优先搜索,当一个方向搜索结束时再回朔搜索其它方向来形成连通支配集;若某一支配点的邻域中的节点能量小于门限值,则回朔搜索其它方向来形成支配集。     

无线传感器网络节点分布与定位性能之间的关系分析

无线传感器网络中锚节点分布情况在很大程度上影响未知节点定位的精度,但目前对均匀性的分析相对较少,针对这一问题,对锚节点分布与无线传感器网络定位算法性能之间的关系进行全面分析。首先提出了锚节点均匀分布的相关概念,并设计建立了相应的网络系统模型,然后对质心算法、DV-Hop算法、最小包容圆算法性能与锚节点分布之间的关系进行了仿真实验。结果表明：锚节点的分布情况对所有定位算法均有影响,其中质心算法对锚节点均匀性最敏感,DV-Hop算法次之,最小包容圆算法对锚节点均匀性最不敏感,分析结果对无线传感网络实际应用具有指导意义。