无线传感器网络拓扑控制算法研究

发布时间：2020-04-12 08:55

【摘要】：无线传感器网络能够协作感知,采集网络分布区域内各种监测对象的信息,并对这些信息进行处理,最终传送到用户端,在新一代网络中具有关键性作用。由于传感器网络节点能量受限,为延长网络生存周期,拓扑控制算法成为近年来无线传感器网络的研究热点。这类算法的作用是通过种种手段对网络拓扑进行改造,减小节点的能耗,延长网络的生存周期。无线传感器网络的另一特点是没有基站一类的基础设施,众多节点在软硬件上同构,通过自组织而形成网络。分布式算法非常适合这一特点。因此,本文重点研究基于本地信息的分布式拓扑控制算法。我们称基于常数跳内收集到的信息而运行的算法为本地化算法。拓扑控制算法改造网络拓扑的方式主要有两大类：一种是通过调整节点发射功率来减小节点能耗,降低通信干扰。另一种是通过构造骨干网将网络分层,网络中的节点轮流负责转发数据,均衡节点间能量消耗,延长网络寿命。前一类算法形成的网络拓扑是平面的,后一类算法构造了层次型的拓扑。通过研究拓扑形态对拓扑控制算法在网络生存周期内的能耗的影响,我们发现层次型的拓扑结构,使得算法的能耗更优,进一步的分析表明,树型结构的骨干网不能实现本地化维护,能耗较差。以这两个结论为依据,我们提出了构建网状的连通控制集作为骨干网的Meshed CDS算法,它在大多数情况下能够实现本地化拓扑维护,算法运行的能耗较低。考虑到骨干网节点能耗高于其它节点,减小骨干网节点数量也是延长网络生存时间的必要手段。我们提出的网状连通控制集MESH-CDS算法,不但能够实现完全的本地化拓扑维护,而且骨干网节点数量相对于网状结构的连通控制集Meshed CDS算法大大减小。更有价值的是,该算法不需要节点在之间同步运行,这非常适合节点能量动态变化的无线传感器网络。最后我们提出节点数量缩减的网状连通控制集DMESH-CDS算法,它优先选择节点度数更大的节点成为骨干网节点,在网状连通控制集MESH-CDS算法基础上对骨干网的大小做了进一步的削减。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【引证文献】