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1、第36卷第4期自动化学报Vol.36,No.42010年4月ACTAAUTOMATICASINICAApril,2010一种低能耗层次型无线传感器网络拓扑控制算法康一梅1李志军2胡江3董吉昌4摘要提出一种低能耗层次型拓扑控制算法(Alow-powerhierarchicalwirelesssensornetworktopologycontrolalgo-rithm,简称LPH算法).该算法是一种支持多跳网络、降低能耗的多级组网控制算法.它将拓扑控制分为组网和拓扑维护两个阶段,其中组网阶段包括选择簇头、标
2、识簇头及簇内节点、优化拓扑三个任务,算法在各个阶段、各个任务中都考虑了节能.同时,在簇头选择时考虑了簇头节点分布均衡问题,通过优化拓扑降低簇内通信能耗.其次,通过静态地址与动态地址结合的方式提高网络层次及可维护性.本文详细介绍了LPH算法及其思想,给出算法的空间复杂度、时间复杂度及能耗分析,并基于NS2仿真工具,对LEACH、PEGASIS和LPH三种算法分别进行了模拟仿真,说明LPH算法的性能与优势.关键词拓扑控制算法,多跳网络,分簇拓扑算法,低能耗,网络生存期DOI10.3724/SP.J.1004
3、.2010.00543ALow-powerHierarchicalWirelessSensorNetworkTopologyControlAlgorithm1234KANGYi-MeiLIZhi-JunHUJiangDONGJi-ChangAbstractInthispaper,alow-powerhierarchicalwirelesssensornetwork(WSN)topologycontrolalgorithm,whichiscalledLPH,ispresented.LPHisamulti-
4、leveltopologycontrolalgorithm.Inthisalgorithm,thetopologycontrolisdividedintotwophases:networkbuildingandnetworkmaintaining.Thephaseofnetworkbuildingincludesthreetasks:clusterheadelection,clusterheadandnodesidenti¯cation,andtopologyoptimization.LPHprovid
5、essolutionstoreduceenergyconsumptionineveryphaseandeverytask.LPHalsoprovidesasolutiontobalancethedistributionoftheclusterheadnodes.Ontheotherhand,thealgorithmextendsthenetwork-levelandimprovesthemaintainabilityofWSNbyusingcombinationofthestaticaddressand
6、dynamicaddress.Thepaperanalyzesspacecomplexity,timecomplexityandenergyconsumptionofLPH.Finally,thispaperintroducesthesimulationofLEACH,PEGASISandLPHalgorithmsbasedonNS2,andanalyzesthesimulationresults.KeywordsTopologycontrolalgorithm,multi-hopnetwork,clu
7、steredtopologyalgorithm,lowpower,networklifecycle网络拓扑结构是自组织无线传感器网络中路由式将融合后的数据传输给Sink节点.为了提高簇算法、MAC协议、数据融合、时间同步和目标定位的生成质量,Heinzelman等又提出了集中式的层次等的基础,好的网络拓扑控制算法能够提高通信效型拓扑控制算法LEACH-C以及考虑节点能量的算率和网络拓扑结构的鲁棒性、节省能量,并延长网络法[2].Lindsey等提出的PEGASIS算法将网络中的生存期.的节点组织为链状,
8、数据在链上经融合处理,最后传基于分簇机制的层次型拓扑控制算法是目前常输至汇聚点[3],算法需要知道每个节点的位置信息,用的一类拓扑控制算法.层次型拓扑控制算法的关为了延长网络的生命周期,节点只需要和它们最近键在于推选出合适的簇头节点.近年来,研究人员的邻居之间进行通信.节点与汇聚点间的通信过程提出了多种传感器网络的层次型拓扑控制算法[1¡9]:是轮流进行的,这种轮流通信机制使得能量消耗能Heinzelman等提出的LEACH层次型拓扑控制算
