基于参考能量的无线传感器网络连通支配集算法研究

无线传感器网络中通常利用连通支配集形成虚拟骨干网以进行分层次的路由.现有算法所得到的连通支配集或者只适用于图的连通度比较大的情况,或者没有考虑支配节点的能量等特性.本文设计了一种基于参考能量的连通支配集构造算法,在考虑支配节点的剩余能量的基础上生成连通支配集,使获得的连通支配集不仅适合于各种连通度的拓扑情况,而且具有更好的能量性能.     

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。     

能量均衡的最小2-连通2-支配集的分布式算法

在无线传感器网络中,一般通过构造连通支配集形成虚拟骨干网来分层路由。现有算法通常只考虑如何获得规模较小的支配集,忽略网络自身的不稳定性,使得节点失效或链路失败经常发生。针对连通支配集的容错能力,结合节点度与能量因素,提出一种能量均衡的最小2-连通2-支配集的分布式算法（DA-EBM）。 Omnet仿真实验表明, DA-EBM算法构造的容错连通支配集能有效均衡能量消耗,延长网络生命周期。     

一种参考能量的最小连通支配集近似算法

在无线传感器网络中,能量效率问题至关重要,构造精简的虚拟骨干网可以节约有限资源,这等同于在图论中求解最小连通支配集(MCDS)问题.由此,提出一种构造MCDS的启发式算法.首先根据均值公式为顶点建立次序表,其次构造极大独立集(MIS),再次连接MIS节点,最后优化.仿真实验表明:该算法能够在短时间内找到规模较小的连通支配集(CDS),并且有效地均衡了各节点能量,延长了网络生命周期.     

无线传感器网络中一种改进的能效数据收集协议

基于连通支配集的虚拟骨干是减少支配节点数量和限制路由搜索空间的关键技术,对于优化无线传感器网络生命起到重要作用。ViTAMin协议不但能通过关闭一些非必要节点产生虚拟骨干,而且能将采集的数据沿着距离基站能耗最低的路径进行发送,以节省能量。针对ViTAMin可能会产生非连通网络且支配节点能耗不均衡的问题,提出了一种基于虚拟骨干的能效数据收集协议EEVB。理论分析证明,EEVB能够以O(n)的时间与信息复杂度构造连通支配集,仿真实验进一步证实EEVB能够以较小的能耗开销构建规模较小的连通支配集,并有效延长网络的生命时间。     

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.     

基于连通支配集的虚拟骨干网构造算法

针对无线传感器网络中缺少骨干网络的问题,提出一种基于连通支配集的虚拟骨干网构造算法。该算法利用图论中的极大独立集和连通支配集构造一个虚拟骨干网络,运用修剪规则去除冗余节点,通过优先选择能量多、距离近的节点使网络寿命更长、延迟更小。实验结果表明,该算法在单位圆图中产生的连通支配集至多为7.6opt+1.4,消息复杂度和时间复杂度为O(n)。     

无线传感器网络极小连通支配集算法的改进

无线传感器网络中,基于极小连通支配集的虚拟骨干网的构建使得路由搜索空间集中在支配节点之间,能够有效节省网络资源,减少冗余转发节点。首先提出连通支配集的数学模型。基于WL算法,提出改进的极小连通支配集分布式算法。仿真结果表明,改进算法求得的连通支配集较小,可为无线传感器网络中的路由协议提供通讯基础。     

无线传感器网络中d-Hop 2-连通容错支配集的分布式构造算法

无线传感器网络随节点移动组成自我维持的自组织系统,采用连通支配集的虚拟骨干技术可使平面网络系统层次化而简化节点路由、管理和维护。但大规模无线传感器网络的连通支配集节点数目依然庞大,d-hop连通支配集可以大大减小支配集节点数目。另外,由于存在节点失效、链路断裂等无线特性,虚拟骨干网需要具备一定的容错性。在单位圆盘图网络模型中为构建精简且具有容错能力的虚拟骨干网,提出d-hop 2-连通支配集的分布式构造算法,先构造d-hop独立支配集后再连通形成d-hop 2-连通支配集。并从理论和仿真上对算法的复杂度、近似比和算法性能作了进一步探讨和验证。     

能量均衡的最小连通支配集分布式算法

在无线传感器网络路由协议中,最小连通支配集构成的虚拟骨干网是缓解广播风暴的有效方法。现有算法在构造连通支配集时,通常只考虑支配集的规模,虽然获得了较小的支配集,但也造成虚拟骨干网生命周期较短等问题。为了有效解决该问题,提出了一种能量均衡的最小连通支配集分布式算法(EB-MCDS)。仿真实验结果表明,与现有算法相比,EB-MCDS算法有效的均衡了网络能量,延长了网络生命周期20%左右。     

一种新型的Ad Hoc网络虚拟主干网构造技术

基于连通支配集算法的虚拟主干网技术对于无线自组网的路由优化、能量保护和资源分配都具有重要的作用。本文对现存基于连通支配集算法的提出背景和应用环境作了简单介绍,由于在无线自组网中搜索主干节点和群首类似于图论中的最小连通支配集和最小支配集问题的求解,在此基础上提出了一种性能较好的虚拟主干网的构造技术--基于图着色思想提出的一种极小连通支配集的构造算法,并从理论上证明了该算法的正确性和高效性,通过分析,算法的时间和消息复杂度明显优于其他已知算法。     

基于支配集的多传感器集成复合事件检测

为使高密度的无线异构传感器网络能够有效地进行复合事件检测,提出一种基于支配集的复合事件检测算法。寻找网络中的一个支配集作为局部决策节点集,局部决策节点进行局部决策以判断复合事件是否在决策范围内发生。仿真结果表明,与传统的CollECT算法、CDS算法相比,该算法能提高检测精度,减少网络的能量消耗。     

A1: An energy efficient topology control algorithm for connected area coverage in wireless sensor networks

Energy consumption in Wireless Sensor Networks (WSNs) is of paramount importance, which is demonstrated by the large number of algorithms, techniques, and protocols that have been developed to save energy, and thereby extend the lifetime of the network. However, in the context of WSNs routing and dissemination, Connected Dominating Set (CDS) principle has emerged as the most popular method for energy-efficient topology control (TC) in WSNs. In a CDS-based topology control technique, a virtual backbone is formed, which allows communication between any arbitrary pair of nodes in the network. In this paper, we present a CDS based topology control algorithm, A1, which forms an energy efficient virtual backbone. In our simulations, we compare the performance of A1 with three prominent CDS-based algorithms namely energy-efficient CDS (EECDS), CDS Rule K and A3. The results demonstrate that A1 performs better in terms of message overhead and other selected metrics. Moreover, the A1 not only achieves better connectivity under topology maintenance but also provides better sensing coverage when compared with other algorithms.     

基于堆的最小连通支配集高效近似算法

提出一种解决连通网络图上连通支配集(CDS)问题的贪心近似算法。利用堆结构逐步选出支配节点,将支配节点加入由之前已确定节点组成的树中,完成网络图中支配树的构造。通过计算堆操作次数,分析算法在平均情况下的时间复杂度。在随机网络模型上的模拟实验结果表明,与已有算法相比,该算法可以得到点数更少的连通支配集。     

A weight-value algorithm for finding connected dominating sets in a MANET

In recent years, mobile devices are becoming popular and high-speed wireless communication is uproaring. In a wireless network environment, a mobile ad hoc network (MANET) has the characteristics of being infrastructure-free and self-organizing. Although the topology of MANET can be deployed easily with few restrictions, the maintenance faces great challenges. Furthermore, all nodes transmit packets by multi-hop in MANET. If transmission is by traditional broadcasting, it has a broadcasting storm problem and it can significantly reduce the wireless network throughput. The CDS (Connected Dominating Set) scheme is a well-known solution to the broadcasting storm problem. In a MANET, a virtual backbone network can be constructed by using CDS. All nodes can transmit data effectively through the virtual backbone network. In previous research on the subject, most algorithms are only suitable for a static MANET environment, with all nodes being stationary. This is contrary to the desirable characteristics of MANET. In this paper, we present an algorithm which is suitable for both static and dynamic MANET environments.     

基于反向生成CDS树的无线传感器网络拓扑控制算法研究

拓扑控制是无线传感器网络中一种有利于节约能量、延长网络生命周期的策略。作为一种著名的基于CDS树的拓扑控制机制,A3算法的目标是在保证网络连通和通信覆盖的前提下,通过关闭一些非必要节点来获得一个次优连通支配集(CDS)。针对A3算法在构建连通支配集时通信开销较大的问题,提出了一种基于叶节点反向生成CDS树的改进型算法A3G。该算法利用反向拓扑方法来寻找连通支配集,减少了节点间的信息交换。仿真结果显示,相对于A3算法和一些其他著名的拓扑控制算法,A3G算法在活动节点数和能效方面具有明显的优越性。     

基于节点邻居关系的MCDS构造算法

针对连通控制集在无线传感器网络中的重要作用,提出一种基于节点邻居关系的最小连通控制集(MCDS)的构造算法,该算法时间和信息复杂度分别为O(nlogn)和O(n),且针对由于节点电池的耗尽等原因造成的网络拓扑改变的情况,提出一种局部的修复算法以得到新网络的一个MCDS。理论分析和仿真实验都表明了算法的正确性以及执行性能。     

传感器网络中高效的最小连通支配集求解算法

在无线传感器网络中,连通支配集被广泛应用于构建虚拟主干。由于求解最小连通支配集是一个NP难问题,许多近似算法被提出用于构建可用的最小连通支配集。针对当前近似算法存在的不足,我们提出了一个新的分布式近似构造算法—CDS-HG,该算法用层次图对无线传感器网络进行建模,算法用基于竞争的贪心策略从每一层选出最少的节点去支配下一层的所有节点。理论分析和模拟结果表明,CDS-HG算法产生的连通支配集是目前最小,并且其消息复杂度也是目前最低的。