基于最小连通支配集的无线传感网拓扑构建研究

基于通信虚拟主干网的拓扑构建是关闭冗余节点,节省全网能耗的有效方法。该文将全连通网络环境下寻找最优虚拟主干网问题抽象转化成最小连通支配集求解问题(MCDS),并建立了基于混合整数规划的数学模型(NMIP-MCDS)。NMIP-MCDS在分析MCDS解的基础上,确定以令牌分发数与节点能耗乘积为目标的优化函数,通过令牌分发同时辅以全网能量负载均衡的方式,构建最优MCDS。仿真实验结果验证了NMIP-MCDS的有效性,并可进一步实际应用在中等规模的无线传感网中。     

基于极大独立集的最小连通支配集的分布式算法

全网范围的广播在无线传感器网络和移动自组织网络中有着广泛的应用.为节省网络资源,减少冗余转发节点成为广播中需解决的关键问题.广播过程中最小化参与转发节点数问题与图论中求解最小连通支配集问题等价,而在任意图中求解最小连通支配集是NP完全问题.本文基于极大独立集,提出了一种求解最小连通支配集的分布式算法(MISB),并证明了算法的正确性.仿真结果表明,使用该算法能得到较小的连通支配集,从而有效减少网络广播过程中的转发节点数,大大节省了网络资源.     

基于定向扩散的最小连通支配集构造算法

针对区域覆盖算法未考虑节点的通信梯度问题,利用定向扩散路由在构造以sink节点为根的有向路由树时形成的递增梯度序列,提出了一种基于定向扩散的最小连通支配集构造算法.在路由信息扩散的同时逐级挑选出互不相邻的传感器节点构造出一个最大支撑集,然后在相邻层次的支撑集节点间寻找中间节点将独立集节点连通起来,最终得到一个近似的最小连通支配集.理论及仿真实验结果表明,该算法构造的连通支配集最小且计算耗时少,能多重有效覆盖热点区域,从而延长无线传感器网络的寿命.     

无线传感器网络中一种能量均衡的基于连通支配集的数据收集算法

采用连通支配集来构建虚拟骨干可以减轻无线传感器网络的广播风暴问题.目前已有大量工作通过构造最小连通支配集形成网络虚拟骨干来进行高效数据收集.然而,最小连通支配集并不能有效均衡节点的能量耗费,导致网络生命周期较短.提出了一种能量均衡的基于连通支配集的分布式算法EBCDS来进行数据收集,通过选择能量水平和度均比较大的节点组成连通支配集,支配集中的节点组成一个规模不大但具有较高能量水平的网络骨干.网络中的所有数据沿骨干在较小的寻路空间中转发,能够节省节点能量,使骨干节点不会因为能量不足而过早死亡.理论分析表明,EBCDS能以O(nlogn)的消息复杂度构造连通支配集,仿真实验表明,EBCDS能有效节省节点能耗并延长网络生命周期.     

连通支配集算法及其改进

无线传感器网络中通常利用连通支配集以形成虚拟骨干网进行分层次的路由.分析现有的几种去冗余分布式连通支配集构造算法,针对它们冗余度大,计算复杂,提出了一种改进的连通支配集构造算法,利用节点的度以及编号构成的集合取代节点编号作为节点的权值,采用DRN算法的节点覆盖思想,并扩展为当遇到闭合环路的情况下,采用保留闭合环路中权值大的节点去冗余的方法,在保证整个网络连通的情况下减少了连通支配集节点的总数.最后通过Matlab仿真分析,证明了算法的有效性.     

用马尔科夫模型优化分布式最小连通支配集算法

 为了提高无线传感器网络(WSNs)的能量利用效率、延长网络的生存时间,对基于极大独立集的最小连通支配集算法(MISB)进行优化,提出了一种新的算法.本文首先应用离散马尔科夫链为节点建立模型,并且根据模型预测节点的能量消耗;本算法进行多轮选举,每一轮开始时根据节点的度和能量选举支配点,依据模型预测的能量消耗决定本轮的运行时间,本轮运行结束时从新选举支配点,开始新一轮.仿真结果表明,本算法和原算法相比可以更好地平衡网络的能量消耗,提高全网的能量利用率,极大地延长网络的生存时间.     

基于极大权的最小连通支配集启发式算法

Ad hoc无线网络中基于最小连通支配集(MCDS)的路由是一个引人瞩目的方法,文中提出了一种基于极大权的MCDS的启发式算法,确保了性能强的主机担任网关节点的角色,能更好的协调管理网络中其他的节点,从而保持MCDS的相对稳固性并为全网中的广播和路由操作提供一个高效的通信基础.仿真结果表明,该算法能在保证生成权和极大的连通支配集的同时也确保它的极小性,因此能有效地用于基于MCDS的路由设计中.     

基于最小连通支配集的CRL分发系统研究

CRL(certification revocation list,证书撤销列表)分发效率是制约PKI在无线网络中应用的重要因素之一。针对无线网络节点能量有限的不足和CRL分发的实时性要求,提出了基于最小连通支配集的"推"方式分发方法,并设计了CRL广播分发协议,协议的设计包括数据结构和报文格式、广播树构造描述,并在协议基础上设计CRL分发系统,最后利用NS-2仿真平台进行模拟仿真。仿真结果表明,当合理设置定时器等待时间时,该系统不仅能适应节点较多的网络,并可以保证较好的传输率、较低的传输开销及较短的传输时间,具有一定应用价值。     

基于最优刚性图的能量有效分布式拓扑控制算法

针对现有无线传感器网络拓扑控制算法无法平衡各节点能量消耗的问题,基于最优刚性图提出了一种具有平衡负载特性的能量有效分布式拓扑控制算法。算法引入综合反映能量消耗及剩余能量两方面因素的链路权值函数,能够根据当前节点剩余能量实时地动态优化拓扑结构,从而有效地平衡网络节点的能量消耗。从理论上证明了优化后的拓扑是2?连通的而且具有稀疏性;同时优化后拓扑中各节点的平均度趋于4。仿真结果表明,与其他算法相比,该算法能够有效地平衡各节点的能量消耗,进而延长网络生命期。     

基于连通支配集的WSAN骨干网研究

作为传感器和执行器子集的WSAN骨干网,它能够支撑完成基本的数据通信操作,而连通支配集（CDS）是用于构建WSAN骨干网的主要技术之一。文章介绍了连通支配集的多种实现算法：基于集合覆盖的CDS、基于极大独立集的CDS、基于覆盖的CDS、基于IEEE802.15.4的CDS和基于多点中继的CDS,并分析了每种算法的工作原理与特点。     

一种改进的基于连通支配集的P2P搜索算法

为了避免由洪泛搜索方法引起的大量网络流量问题．基于连通支配集的广播算法BCDS通过减少转发节点来减少查询消息数。文章对BCDS算法进行改进，选择转发节点时考虑节点间的距离．简化选择转发节点的操作，且不用维持局部两跳拓扑信息。实验结果表明当搜索结果相同时，改进的BCDS算法的消息数量平均仅为洪泛搜索方法的35％。     

基于连通支配集的无线传感网Top-k查询最优支撑树研究

构建底层逻辑树能有效降低集中式top-k查询带来的巨大通信开销,针对现有逻辑树都以固定汇聚节点为根节点,导致其附近节点能耗太大、过早死亡的问题,本文在无固定汇聚节点的网络背景下,基于连通支配集,提出一种能耗均衡的top-k查询最优支撑树构建方法,综合节点能量、度数以及与邻节点通信开销,选取能量代价小的作为支配节点负责查询中间数据处理,在每次查询中,节点基于地理位置ID轮流作为根节点,有效均衡节点的能耗.仿真实验表明,与其他逻辑拓扑树相比,基于最优支撑树的top-k查询具有相近的查询时间,但其平均每轮查询能耗更小,多次查询后各节点能耗达到均衡,有效延长了网络生命周期.     

Approximation Algorithms for the Connected Dominating Set Problem in Unit Disk Graphs

The connected dominating set （CDS） problem, which consists of finding a smallest connected dominating set for graphs is an NP-hard problem in the unit disk graphs （UDGs）. This paper focuses on the CDS problem in wireless networks. Investigation of some properties of independent set （IS） in UDGs shows that geometric features of nodes distribution like angle and area can be used to design efficient heuristics for the approximation algorithms. Several constant factor approximation algorithms are presented for the CDS problem in UDGs. Simulation results show that the proposed algorithms perform better than some known ones.     

Distributed Construction of Connected Dominating Set in Wireless Ad Hoc Networks

Connected dominating set (CDS) has been proposed as virtual backbone or spine of wireless ad hoc networks. Three distributed approximation algorithms have been proposed in the literature for minimum CDS. In this paper, we first reinvestigate their performances. None of these algorithms have constant approximation factors. Thus these algorithms cannot guarantee to generate a CDS of small size. Their message complexities can be as high as O(n ²), and their time complexities may also be as large as O(n ²) and O(n ³). We then present our own distributed algorithm that outperforms the existing algorithms. This algorithm has an approximation factor of at most 8, O(n) time complexity and O(nlogn) message complexity. By establishing the (nlogn) lower bound on the message complexity of any distributed algorithm for nontrivial CDS, our algorithm is thus message-optimal.