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。     

异构无线传感器网络中基于CDS树的拓扑控制方法

拓扑控制是无线传感器网络中节约能量、延长网络生命的关键技术。针对现有拓扑控制方法主要集中在同构网络中作为拓扑构建或拓扑维护单独研究的问题,提出了包含两个过程的异构网络分布式拓扑控制算法A3M。拓扑构建基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗;拓扑维护对网络性能进行评估,当现有网络性能严重下降时,改变拓扑以保障网络的稳定运行。理论分析和仿真实验证实算法能够以较小的时间和消息代价减少拓扑构建能耗并延长网络时间。     

基于RSSI均值的无线传感器网络拓扑控制算法

针对采用接收信号强度指示(RSSI)值构建拓扑存在误差的不足,提出一种分布式拓扑控制算法RTC。该算法基于RSSI均值计算节点间双向路径损耗,从而判断两节点间是否存在每跳通信链路代价都小于直接通信链路代价的两跳路径,以构建局部优化拓扑。理论分析了算法的通信复杂度和网络连通性,仿真分析了其节能特性,结果表明RTC在降低网络能量消耗的同时延长了网络生命周期。     

基于可连Cell的无线传感器网络拓扑控制算法

在无线传感器网络的拓扑控制(TC)中,基于Cell的TC算法被认为是一类可以节省传感器节点能量并延长网络生命周期的方法,但是其需要较多的骨干网节点并且无法保证连通性.通过分析现今算法的内在局限性,提出了一种1-Con思想:当一个Cell的头节点被加入当前骨干网时,所有其可以连接的Cell使用该节点连入拓扑结构,然后此新骨干网递归地继续扩大.基于此思想,设计了一种基于可连Cell的拓扑控制算(CCTC),并从理论上证明:1)CCTC可以保证其所形成的拓扑结构维持网络连通;2)每一轮用于形成骨干网的工作节点非常少.CCTC的计算复杂度是线性的,空间复杂度和信息交换量都是常数量级.仿真实验同样显示,CCTC可以在提供良好鲁棒性和较少的消息交换的情况下,更有效地节省节点能耗并延长网络生命周期.     

WSN中能量有效的连通支配集构建算法

现有的连通支配集构建算法大多过程复杂、步骤冗余、耗能较多,且不能适应网络动态拓扑的变化。为此,提出一种能量有效的构建算法。该算法通过单阶段快速构建能适应节点小范围移动的连通支配集,简化构建过程,其支配节点的选择考虑节点额外覆盖范围大小、节点剩余能量等因素,使得主干网生存时间大大延长,避免频繁构建主干网带来的能耗。仿真结果表明,与EEIA_CDS,Flooding等算法相比,该算法构建主干网的开销降低31%~46%,广播风暴发生概率降低52%~67%,网络生命周期延长约35.5%。     

异构无线传感器网络支配集拓扑控制算法

采用最小连通支配集的理论,研究异构无线传感器网络拓扑结构的优化问题.针对传感器节点的通信能力异构特性,综合通信链路质量、节点传输范围与剩余能量,构建起一种度量异构节点能量有效性的区域能量消耗率函数.利用该函数判断通信区域的能耗速率并确定支配节点的选择,设计了一种最小连通支配的分布式拓扑控制算法.实验结果表明,执行该算法构建起的网络拓扑具有通信链路可靠和能量利用高效的特点,能够大幅度提高异构无线传感器网络的生命周期.     

无线传感网络中能量均衡的连通支配集算法

连通支配集是无线传感器网络中构建虚拟骨干网络的重要手段.由于支配集中节点的能耗相对其他节点要多,支配集中剩余能量较小的节点决定了虚拟骨干网的生命周期.现有算法或者只是关注构造较小的支配集,或者没有考虑调整能耗极快的支配节点.提出了一种能量均衡的连通支配集算法,基于节点剩余能量和连通度构造支配集,在网络运行过程中根据耗能速度,提前选择候选支配节点,分流负载过重的支配节点.仿真结果表明,新算法能以较小消息开销,有效延长网络寿命.     

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。     

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.     

一种连通性覆盖的无线传感器网络节点调度算法

研究传感器节点随机部署于监测区域内,无节点地理位置信息情况下,如何能量有效地保证网络的通信连通与感知覆盖;节点采用基于概率的联合感知模型。提出CDS-based SSCA算法,其为一种基于连通支配集构造树的节点调度机制,每个节点根据剩余能量和与父节点的距离来设置等待时间及成为候选节点优先级。模拟实验结果显示,本算法能够能量有效地满足感知覆盖和连通覆盖要求;与ASW算法相比较,工作节点个数较少,网络生命周期明显延长,降低了网络整体耗能。     

无线传感执行器网络中多源容错拓扑控制算法研究

拓扑控制是延长无线传感器网络生命时间的关键技术.针对异构网络的复杂性,提出了基于功率控制的分布式多源容错拓扑控制算法MSFT.在由大量计算、能量受限的传感器节点和少量性能较优的执行器节点组成的异构无线传感执行器网络模型中,算法保证任意传感器节点与执行器节点之间至少存在k条不相交路径同时选择权值较优节点使路径总功耗尽可能少,这样当任意k-1个节点失效时并不影响网络的连通性.理论分析证明算法能以O(n)的时间和消息代价构造网络拓扑,仿真实验进一步证实算法的有效性.     

AdHoc网络基于能量均衡的拓扑控制算法研究

为了延长无线AdHoe网络的生存期,降低节点传输过程中的功率消耗,该文提出了一种基于能量均衡的分布式拓扑控制算法,通过引人综合反映能量消耗及剩余能量两方面因素的路径权值函数,根据节点剩余能量的实时变化动态优化网络的拓扑结构。仿真结果表明,算法可以构建具有连通性的网络拓扑结构,与其它算法相比,能够均衡整个AdHoc网络节点的能量,显著地延长网络的寿命,从而保证网络长时间的可靠运行。     

Distributed topology control algorithm on broadcasting in wireless sensor network

Topology control can enhance energy efficiency and prolong network lifetime for wireless sensor networks. Several studies that attempted to solve the topology control problem focused only on topology construction or maintenance. This work designs a novel distributed and reliable energy-efficient topology control (RETC) algorithm for topology construction and maintenance in real application environments. Particularly, many intermittent links and accidents may result in packet loss. A reliable topology can ensure connectivity and energy efficiency, prolonging network lifetime. Thus, in the topology construction phase, a reliable topology is generated to increase network reachable probability. In the topology maintenance phase, this work applies a novel dynamic topology maintenance scheme to balance energy consumption using a multi-level energy threshold. This topology maintenance scheme can trigger the topology construction algorithm to build a new network topology with high reachable probability when needed. Experimental results demonstrate the superiority of the RETC algorithm in terms of average energy consumption and network lifetime.     

一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法

无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）中通常节点能量受限,节点间能耗不均衡会导致网络生命周期缩短.针对该问题,综合考虑节点的能量效率和能耗均衡,通过引入阿特金森指数设计了一种改进优化的综合效用函数;基于此,建立了一种能耗均衡的拓扑博弈模型,并证明了该拓扑博弈模型是序数势博弈且存在帕累托最优;提出了一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法（DTCG）.通过仿真实验及对比分析表明,相较于其它基于博弈理论的拓扑控制算法,DTCG算法能在保证网络连通性和鲁棒性的前提下,降低节点发射功率,拥有更好的能量均衡性和能量效率,可以有效延长网络生命周期.     

移动Ad hoc网络中基于拓扑控制的节能算法

如何降低节点能耗,延长节点生存时间是移动Ad hoc网络的一个研究热点,对此提出了一种基于拓扑控制的节能算法ECA/TC（Energy Conservation Algorithm with Topology Control）。该算法在RNG图的基础上,采用邻节点消除机制,有效降低了节点的传输功率及广播消息在网络中的转发次数。仿真结果显示该算法具有较好性能,能够提高网络能效。     

拓扑控制对Ad hoc网络能耗及生存期的影响分析

Ad hoc网络的能耗主要与节点的发射功率、数据包转发次数及端到端通过量三者有关。通过建立网络能耗模型分析和实验仿真发现,对负载较低的网络实施拓扑控制技术可以降低网络能耗、延长网络生存期;而对负载较高的网络实施拓扑控制技术,虽不能有效降低网络能耗,但仍然可以延长网络的生存期。     

一种低能耗层次型无线传感器网络拓扑控制算法

提出一种低能耗层次型拓扑控制算法(A low-power hierarchical wireless sensor network topology control algorithm, 简称LPH算法). 该算法是一种支持多跳网络、降低能耗的多级组网控制算法. 它将拓扑控制分为组网和拓扑维护两个阶段, 其中组网阶段包括选择簇头、标识簇头及簇内节点、优化拓扑三个任务, 算法在各个阶段、各个任务中都考虑了节能. 同时, 在簇头选择时考虑了簇头节点分布均衡问题, 通过优化拓扑降低簇内通信能耗. 其次, 通过静态地址与动态地址结合的方式提高网络层次及可维护性. 本文详细介绍了LPH算法及其思想, 给出算法的空间复杂度、时间复杂度及能耗分析, 并基于NS2仿真工具, 对LEACH、PEGASIS和LPH三种算法分别进行了模拟仿真, 说明LPH算法的性能与优势.     

An energy-efficient topology construction algorithm for wireless sensor networks

Topology management schemes have emerged as promising approaches for prolonging the lifetime of the wireless sensor networks (WSNs). The connected dominating set (CDS) concept has also emerged as the most popular method for energy-efficient topology control in WSNs. A sparse CDS-based network topology is highly susceptible to partitioning, while a dense CDS leads to excessive energy consumption due to overlapped sensing areas. Therefore, finding an optimal-size CDS with which a good trade-off between the network lifetime and network coverage can be made is a crucial problem in CDS-based topology control. In this paper, a degree-constrained minimum-weight version of the CDS problem, seeking for the load-balanced network topology with the maximum energy, is presented to model the energy-efficient topology control problem in WSNs. A learning automata-based heuristic is proposed for finding a near optimal solution to the proxy equivalent degree-constrained minimum-weight CDS problem in WSN. A strong theorem in presented to show the convergence of the proposed algorithm. Superiority of the proposed topology control algorithm over the prominent existing methods is shown through the simulation experiments in terms of the number of active nodes (network topology size), control message overhead, residual energy level, and network lifetime.     

跨层优化的WSN能耗均衡拓扑博弈算法

由于无线传感器网络承载服务的多样性和工作环境的复杂性，使得基于单层信息设计的拓扑控制方法面临挑战。针对该问题，通过引入博弈理论和超模博弈的概念，将节点度、网络连通性和MAC层干扰程度等跨层信息融入到效用函数的设计中，构建了一种新的拓扑博弈模型，并证明了该模型属于超模博弈且存在纯策略纳什均衡，进而提出了一种跨层优化的WSN能耗均衡拓扑博弈算法（COETG）。通过仿真实验与对比分析表明，COETG算法能在保证网络连通性和鲁棒性的前提下，降低节点发射功率，拥有良好的能耗均衡性和能量效率，有效延长了网络生存时间，提升了网络性能。