负载均衡感知的无线传感器网络容错分簇算法

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1、第３７卷第２期计算机学报Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．２２０１４年２月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＦｅｂ．２０１４负载均衡感知的无线传感器网络容错分簇算法苏金树１）郭文忠１），２）余朝龙２）陈国龙２）１）（国防科学技术大学计算机学院长沙４１００７３）２）（福州大学数学与计算机科学学院福州３５０１０８）摘要好的分簇算法能够有效减少网络能耗和提高网络可靠性，但是簇间负载的不均衡性和通信的不可靠性会严重影响分簇算法的性能．针对这个问题，该文首先提出了一个负载均衡感知的无线传感器网络容错分簇算法．该方法引入了遗传算法的随机

2、两点交叉算子和随机单点变异算子，从而设计了一种以种群粒子优劣为依据的自适应惯性权重调整策略，并提出了一种自适应的离散粒子群优化算法．算法设计同时考虑负载均衡和能量消耗两个优化目标，给出一种基于自适应离散粒子群优化的簇首选举机制；其次，为了保证网络上数据传输的可靠性，以最小生成树为基础，提出了一种用于保证簇首二连通性的簇间连通算法，通过消除网络中的割点，以保证网络的二连通性．仿真实验结果表明，该文提出算法在负载均衡和二连通性上有较好的性能，能有效减少了网络能耗，延长网络生命周期，并提高网络可靠性．关键词无线传感器网络；分簇算法

3、；负载均衡；粒子群优化；二连通性；物联网中图法分类号ＴＰ３９３犇犗犐号１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１４．００４４５犉犪狌犾狋犜狅犾犲狉犪狀犮犲犆犾狌狊狋犲狉犻狀犵犃犾犵狅狉犻狋犺犿狑犻狋犺犔狅犪犱犅犪犾犪狀犮犲犃狑犪狉犲犻狀犠犻狉犲犾犲狊狊犛犲狀狊狅狉犖犲狋狑狅狉犽ＳＵＪｉｎＳｈｕ１）ＧＵＯＷｅｎＺｈｏｎｇ１），２）ＹＵＣｈａｏＬｏｎｇ２）ＣＨＥＮＧｕｏＬｏｎｇ２）１）（犛犮犺狅狅犾狅犳犆狅犿狆狌狋犲狉犛犮犻犲狀犮犲，犖犪狋犻狅狀犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犇犲犳犲狀狊犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆

4、犺犪狀犵狊犺犪４１００７３）２）（犆狅犾犾犲犵犲狅犳犕犪狋犺犲犿犪狋犻犮狊犪狀犱犆狅犿狆狌狋犲狉犛犮犻犲狀犮犲，犉狌狕犺狅狌犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犉狌狕犺狅狌３５０１０８）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｇｏｏｄｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｎｅｔｗｏｒｋｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｎｅｔｗｏｒｋ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｌｏａｄｕｎｂａｌａｎｃｅａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｕｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒｓｈａ

5、ｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｃｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｉｔｈｌｏａｄｂａｌａｎｃｅａｗａｒｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｂａｓｅｏｎｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ，ａｎａｄａｐｔｉｖｅｄｉｓｃｒｅｔｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＡＤＰＳＯ）ｗｉｔｈａｎａ

6、ｄａｐｔｉｖｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｉｎｅｒｔｉａｗｅｉｇｈｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｒａｎｄｏｍｌｙｔｗｏｐｏｉｎｔｃｒｏｓｓｏｖｅｒｏｐｅｒａｔｏｒａｎｄｒａｎｄｏｍｏｎｅｐｏｉｎｔｍｕｔａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｏｒｏｆｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＷｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｂａｓｅｄｏｎＡＤＰＳＯｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｂｏｔｈｏｆｔｈｅｔｗｏｏｂｊｅｃｔｓ，ｌｏａｄｂａｌａｎｃｉｎｇａｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕ

7、ｍｐｔｉｏｎｉｎｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｉｎｔｅｒｃｌｕｓｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｌｏｃａｌｍｉｎｉｍｕｍｓｐａｎｎｉｎｇｔｒｅｅｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｄｔｈｅｔｗｏｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙｂｙｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｃｕｔｐｏｉｎｔｉｎｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐ

8、ｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎａｃｈｉｅｖｅｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｎｌｏａｄｂａｌａｎｃｉｎｇａｎｄｔｗｏｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｐｒｏｌｏｎｇｉｎｇｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｎｅｔｗ