【摘 要】
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由于异构无线传感器网络具有能量有限、能量消耗不均衡等特点,节点失效有时发生,节点失效以及能量耗尽对网络性能产生严重的影响。因此延长网络生命周期是异构无线传感器网络
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由于异构无线传感器网络具有能量有限、能量消耗不均衡等特点,节点失效有时发生,节点失效以及能量耗尽对网络性能产生严重的影响。因此延长网络生命周期是异构无线传感器网络面临的主要问题之一。拓扑控制是一种减少节点能量消耗的重要技术,它通过协调节点的通信功率或者让部分节点间断性地休眠,构建具有某些全局特性(如:连通性和容错性)的网络拓扑结构。拓扑控制技术为无线传感器网络节点失效和能量消耗不均衡的研究提供了一种新的思路。本文针对异构无线传感器网络骨干网能量消耗过大的特点,基于连通支配集理论构建了一种能量消耗均衡的骨干网拓扑结构,采用睡眠调度策略节约节点的能耗,研究延长网络生命周期的方法。本文主要工作如下:(1)首先分析了异构无线传感器网络的特点,阐述无线传感器网络面临的挑战和拓扑控制技术的意义。然后通过对基于连通支配集的拓扑控制算法进行分析,发现已有的拓扑控制算法生命周期较短,研究发现这是由于网络能量消耗不均衡所导致,由此引出本文的研究内容。(2)针对提高骨干网的容错性,延长网络生命周期并保持较小骨干网大小的联合优化问题,提出了一种网络生命周期模型和一种分布式的基于连通支配集的生命周期延长的容错拓扑控制算法(TkCDS)。TkCDS算法采用染色算法的思想,综合考虑了节点的生命周期和节点的度,构造了 一个生命周期延长的容错骨干网。理论证明TkCDS算法构造的骨干网大小有界,并且能够保证K连通。实验结果表明TkCDS算法有效地延长了网络生命周期并保持较小的骨干网大小。(3)针对TkCDS算法中仍然存在能量消耗不均衡的问题,提出了一种融合功率控制和睡眠调度两种拓扑控制策略的生命周期延长的拓扑控制算法(TCDS)。TCDS算法采用最小连通支配集理论来构造骨干网拓扑结构,然后结合功率控制的思想来减少节点的能量消耗。理论证明TCDS算法生成的网络拓扑结构具有连通性和骨干网有界性。实验结果表明TCDS算法的生命周期比CDS-BD-D的生命周期平均延长了 15.3%。(4)基于Eclipse设计了拓扑控制算法的仿真实验平台。该平台加入了能耗模型、传播模型和数据融合模型,更加贴近真实网络。
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