无线传感器网络拓扑控制研究

随着无线传感器网络的广泛应用,传感器节点的部署环境也更加复杂,网络性能受到很大影响,通过优化拓扑结构,最大化利用节点有限资源成为拓扑控制研究的重要内容,网络拓扑控制在延长网络生命周期、节约节点资源、降低网络干扰等方面发挥着重要的作用,它能够提高路由协议和MAC协议的效率,为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面提供基础。设计实现一种高效的拓扑控制机制已成为无线传感器网络的研究重点,该文中主要是针对现有的部分拓扑控制算法进行了分析和比较。     

现代无线传感器网络拓扑控制浅析

拓扑控制对网络拓扑结构的形成起着至关重要的作用,能够控制无线传感器网络的能量高效分配,对网络的通信机制、数据融合等有着重要的影响。本文针对目前多级簇树网络拓扑结构的簇头选取典型算法做了简单介绍,重点提出了其中的不足之处,为以后的研究工作提供参考。     

无线传感器网络拓扑控制的理论探讨

拓扑控制是无线传感器网络中重要的节能技术,并且已经形成了功率控制和睡眠调度两个主流研究方向。针对当前研究工作中存在的问题,对拓扑控制进行了基础性的研究。全面地考虑了网络的通信能耗和空闲能耗,在理想情况下给出了以最小化能耗为目标的拓扑控制问题的一个明确定义;证明了这个问题是NP-难的,同时非形式化地讨论了更实际的拓扑控制问题的计算复杂性;并且在此基础上,进一步提出了关于如何设计能量高效的拓扑控制协议的3个必要性原则。希望本研究成果有助于探索更好的拓扑控制协议。     

无线传感器网络拓扑优化研究

无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络,可以预计,无线传感器网络的发展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。路由技术是无线传感器网络通信层的核心技术,对无线传感器网络的拓扑研究将具有重要的现实意义。     

平均度约束的无线传感器网络拓扑控制

拓扑控制是无线传感器网络中最重要的技术之一.大规模随机部署的无线传感器网络节点,在满足无线传感器网络拓扑连通性的前提下,如何保证网络结构的稀疏性是一个亟待解决的问题,目前已有的研究结果表明当节点密度较大时,得到的网络拓扑复杂,计算路由将严重消耗节点资源.文中提出了一种平均度约束的无线传感器网络拓扑控制,通过增加节点通信半径,约束节点的平均度来解决网络的连通性与网络拓扑的稀疏性之间的矛盾.数值模拟表明:通过平均度约束的无线传感器网络拓扑控制,可减少网络中选出的工作节点数,保证了网络的稀疏性,简化了路由的复杂度,从而延长了网络的生存周期.     

基于时间片的无线传感器网络拓扑控制

LEACH通过分簇算法与功率控制两种拓扑控制方法有效地降低了无线传感器网络的能耗,延长了网络寿命.然而,在具备能量意识的PowerTOSSIM仿真实验中发现,LEACH往往在网络整体能量较多的情形下会出现少量结点过早死亡的现象.提出了基于能量意识的簇头选举方法和簇内基于时间片的动态活动结点(Active Node)负责机制,实现了网内各结点的能量负载均衡,通过大量仿真实验及相关工作的分析与比较,说明该方法有效克服了LEACH因簇规模大小不同而导致的结点能耗不均匀现象,从而延长了网络寿命.     

无线传感器网络中干扰定义方法改进与拓扑优化

在无线传感器网络中,拓扑控制对于降低能耗,减小干扰,延长网络的寿命等具有重要作用。近年来,对拓扑结构的干扰、鲁棒性问题研究逐渐增多。提出一种拓扑优化方法,在保证不增加节点间通信干扰的前提下,提高网络的鲁棒性。首先,分析现有各类干扰定义方法,并进行修改。在新定义的基础上,以增加双向可增链路的方法对拓扑结构进行优化。最后,通过分析与仿真说明该方法能够提高拓扑结构鲁棒性。     

一种可自维护的无线传感器网络拓扑控制算法

在温室、救灾等环境监测过程中,无线传感器网络会因频繁发生自然故障和遭受恶意攻击而引起网络可生存性问题,针对这一问题提出了一种可自维护的具有抗毁性的拓扑控制算法。仿真结果表明,该算法能够简单有效地构建并维护容错拓扑结构,在节点失效时保证网络拓扑容错抗毁,使得无线传感器网络具有可生存的能力。     

无线传感器网络中干扰最小化问题的后悔贪心算法

无线传感器网络是当前信息领域的一个研究热点,由于无线传感器携带的能量有限,限制了无线传感器的使用寿命,通过减少由于邻近节点同时传输信号产生的干扰可以降低节点的能耗。拓扑控制技术可在保持网络连通的情况下,调整节点传输半径,以降低干扰。以接收者为中心的干扰模型中,求解无线传感器网络中基于拓扑控制技术的干扰最小化问题是NP难问题。现有的贪心算法求解思路是依据某个贪心准则依次确定每个节点的传输半径,求解速度快,但精度有待提高。探讨了增强目前最好贪心算法精度的策略,允许部分后悔操作,即每个贪心迭代步中当前网络的最大干扰增加时,通过两个后悔策略重新调整某些节点的传输半径,力图降低当前网络的最大干扰。模拟实验结果表明,针对随机产生的算例,所提出的后悔贪心算法在略有增加的时间内有效提高了现有贪心算法的精度。     

基于双效用函数的无线传感器网络拓扑博弈算法

传统拓扑控制算法采用单个效用函数,无法适应网络性能需求的动态变化.在拓扑控制中引入了博弈论,提出了两个具有不同优化目标的效用函数.当节点剩余能量较高时,选择一个全面考虑能量均衡度、网络能耗、网络连通性等因素的效用函数;否则,为了尽可能降低节点能耗而选择另一个更趋向于较低功率的效用函数.实验表明,采用双效用函数的拓扑博弈算法在网络寿命、能量均衡度等方面具有较好的性能.     

无线传感器网络的拓扑控制

拓扑控制是无线传感器网络研究中的核心问题之一.拓扑控制对于延长网络的生存时间、减小通信干扰、提高MAC(media access control)协议和路由协议的效率等具有重要意义.全面阐述了拓扑控制技术的研究进展,首先明确了拓扑控制研究的问题和设计目标,然后分别从功率控制和睡眠调度两个方面介绍代表性的研究工作,并加以分析和比较,同时指出了这些工作存在的不足.最后分析和总结了研究现状中存在的问题、需要进一步研究的内容以及拓扑控制研究的发展趋势.     

传感器网络中拓扑控制与网络干扰性分析

本文分析比较几种衡量干扰的典型方法,提出了一个新的干扰模型,能够描述整个网络的干扰性。根据不同的干扰标准,在计算机上对几种拓扑结构干扰特性进行模拟,给出并分析了模拟仿真结果。     

无线传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法

在无线传感器网络的拓扑控制问题中,保持节点能耗最低路径和低节点度之间存在一种平衡.最佳的平衡点与具体的应用和网络状态有关.文中提出一种新的拓扑控制算法,使所构造的拓扑能在这两个不一致的目标之间进行调节.该算法所构造的拓扑结构在一极能保持所有能耗最低路径,另一极能使平均节点度逼近理论最小值.仿真结果证实新算法在比已有方案更真实的能量消耗模型下可以保持所有能耗最低路径,同时也显示新算法对节点度有更大的调节范围.     

一种无线传感器网络拓扑的启发式分簇控制算法

无线传感器网络的首要设计目标即延长网络生命期,而网络拓扑作为上层协议的重要平台,是实现这一目标的支撑基础. 为了研究符合网络生命期目标要求的传感器网络拓扑控制方案,针对传统分簇算法的部署受限或可靠性缺乏等弊端,从理论上对分簇需求进行了建模分析,最终转化为携近似优化目标的簇划分及簇头选取问题,进而提出了一种启发式的分簇控制算法. 通过实验对方案进行了性能分析和验证,结果表明该算法以较合理的簇规模进行分簇划分,所获拓扑结构具有全局能耗低、骨干网健壮性高的特点,能有效地延长WSN的生命期.     

基于再生技术的无线传感器网络容侵拓扑控制方法

面对入侵时如何生成一个具有较高容侵能力的拓扑,在节点能源都会耗尽时如何维持一个可用的网络拓扑是布置在不可照料环境下的无线传感器网络拓扑面临着的两个关键问题.针对这两个问题,提出了一种基于再生技术的容侵拓扑控制方法,该方法被证明为可生成具有较强容侵能力的拓扑结构,同时将不断播撒进入部署区域的新增节点视为网络的可更新资源,以一代代再生网络的方式补充网络的可用能量以延长网络的生存期.仿真实验分析了拓扑控制方法中的一些参数特征及其在延长网络的生存期方面的性能,并与相关工作进行了比较.     

基于路径损耗的无线传感器网络分布式拓扑控制算法

对无线传感器网络中目前最常用的3种链路度量标准进行分析和比较得出,在满足一定收包率要求时,节点的接收信号强度存在一个最小阈值.考虑接收信号强度作为拓扑构建条件时需节点具备相同发射功率的不足,提出将路径损耗大小作为拓扑构建的条件,设计了一种分布式拓扑控制算法——PLBD.该算法在保证收包率的同时,还使各节点之间的通信保留最小损耗链路.仿真结果表明,PLBD算法构建的拓扑不仅能够保证网络连通性,还具有通信时延低,健壮性好,能量消耗相对均衡的特点.     

支持QoS的无线传感器网络容错拓扑控制算法

针对附加QoS需求的无线传感器网络,给出一种满足生命期和干扰服务要求的无线传感器网络无标度容错拓扑控制算法（scale-free fault-tolerance topology supporting quality of service,简称QoS-SFT）.通过分析无标度拓扑的度分布属性与其生命期和干扰性能的关联关系,量化出生命期和干扰联合优化的无标度拓扑度分布表达式,进而以无标度拓扑的度分布表达式为设计目标,采用偏好依附规则实现QoS-SFT算法设计,形成能够满足生命期和干扰联合优化要求的容错拓扑.理论分析和仿真结果表明,QoS-SFT算法不仅能够保证无标度拓扑的强容错性,还有效提升了无标度拓扑的生命期和干扰性能.     

一种基于生成树的无线传感器网络拓扑控制算法

文章主要介绍了一种基于生成树的无线传感器网络拓扑控制算法,通过限制代价较大的通信链路来解决网络的连通性与网络拓扑结构的稀疏性之间的矛盾。实验结果表明这是一种有效的拓扑结构控制方法,不仅能够保证了网络的稀疏性,而且能够有效的延长网络的生存周期。     

一种基于元胞自动机的无线传感器网络拓扑控制方法

设计良好的网络拓扑控制方法能够减少能量消耗,实现网络能量的高效利用.利用二维元胞自动机,考虑节点的随机分布和工作/休眠/失效三态,建立无线传感器网络系统拓扑的演化规则.在设定初始条件下研究得到了演化规则的最佳控制参数,利用该参数的仿真表明,优化的元胞自动机网络拓扑控制在保证覆盖率和连通度的前提下延长了网络寿命.