无线传感网络的非分簇拓扑控制方法研究

《无线传感网络的非分簇拓扑控制方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据第37’卷第2期2010年2月计算机科学ComputerScienceV01．37No．2Feb2010无线传感网络的非分簇拓扑控制方法研究张文铸刘佳张林袁坚山秀明(清华大学电子工程系北京100084)摘要无线传感网络通常由能量受限、通信半径较小的传感器节点构成，其中拓扑控制是重要的工程问题。提出了一种基于元胞自动机的非分簇的拓扑控制算法．与传统分簇方法的区别在于本方法试图通过牺牲小部分拓扑连通度和覆盖度来换取更长的系统生存时间。基于元胞自动机模型的研究表明，节点的状态转移规则对系统整体性能起决定作用，在一些规则下系统拓

2、扑呈现稳定变化，符合对无线传感网络拓扑控制的要求。进一步探讨了该机制在工程上的具体实现问题，并与LEACH算法进行了对比．验证了以拓扑性能换取生存时间的设想。关键词无线传感网络，元胞自动机，拓扑控制，非分簇算法中图法分类号TP393．04文献标识码ANon-clusterBasedTopologyControlMethodinWirelessSensorNetworksZHANGWen-zhuLIUJiaZHANGLinYUANJianSHANXiu-ming(DepartmentofElectronicEngineering，

3、TsinghuaUniversity，Beijing100084．China)AbstractSincesensorsareconstrainedbylimitedenergyandsmallcommunicationdiameters。topologycontrolisapri-maryproblemofwirelesssensornetworkengineering．Weproposedacellularautomata-basedmodelforaddressingthempologycontrolproblem．Diff

4、erentfromthetraditionalcluster-basedmethods，ourapproachleadsaspecialwaytomaintainlongersystemlifetimeatthecOStofasmallproportionofcoverageandconnectivityrates．Wefoundthatnodalstatetransitionruleplayskeyroleinthesystemtopologicalcharacteristics．Thestablepatternsunders

5、pecificrulesmeetwelltherequirementsoftopologycontrolinsensornetworks．Furtherwediscussedthefeasibilityofthismechanismin-toengineeringdesign．KeywordsWirelesssensornetwork，Cellularautomaton，Topologycontrol，Non-clusteralgorithm无线传感网络是由大量的微型传感器节点组成的多跳自组织系统。相对于传统Ad-hoe网络而言

6、，无线传感网络的一个显著区别在于其传感器节点采用能量有限的电池供电，并且计算能力和通信能力十分有限，因而要求设计能量高效的协议来延长网络生存时间，其中一个重要方向是网络拓扑控制。1无线传感网络的拓扑控制问题传感器网络拓扑控制是通过空间调度的方式动态调整网络节点的工作状态．在保证网络拓扑性能要求的前提下延长网络生存时间，减少节点间通信干扰，形成数据转发的优化网络结构。目前关于拓扑控制的研究包含两方面问题：节点功率控制和节点功率管理。功率控制机制调节网络中的每个节点的发射功率，在满足网络连通度的情况下，均衡节点的单跳可达邻居数目；节

7、点功率管理利用调度机制暂时关闭非骨干网节点的通信模块，使其进入休眠状态以节省能量。实验证明传感器节点能量消耗主要在于无线通信模块．如果能够在保证一定系统性能要求的前提下令通信模块间歇性地关闭，将能够在很大程度上延长传感器网络的生存时间[1]。目前拓扑控制主要采用分簇的方法，如LEACH[2]，GAFc3

8、，TopDiscH]等，这些机制在一定程度上实现了节省能量的目的，但同时也有一些共性的缺陷限制了进一步的发展，主要体现在以下两个方面：(1)分簇方法需要保证任意相邻两个簇内的簇首节点都能够相互通信。为满足这个要求，需要保持非常大

9、的通信范围。而无线传输能耗与通信距离的平方成正比例增长，如此之大的通信范围必然导致在传输功率上骨干节点能量的快速消耗；此外，节点较大的通信半径将带来节点之间显著的通信干扰，造成数据重传，导致能量浪费。(2)分簇方法在设计上默认实现了完全的覆盖性和连通性。基于文献