异构传感器网络捷径优化部署问题研究.pdf

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1、[摘要]应”的异构传感能耗，从而达到定捷径(或中继【关键词】1．引言随着通信技术、嵌入式技术、传感器技术、无线技术的迅速发展和日趋成熟，具有通信能力、计算能力和感知能力的微型传感器节点开始在世界范围内涌现。数目众多的传感器节点，以AdHoc方式构成无线传感器网络⋯。无线传感器网络的传感器节点，随机撒播或均匀有规则地分布在监测区域，协同感知、采集和处理网络覆盖范围内的感知对象的信息，并把收集的信息，以多跳的方式发送给汇集节点(Silllc节点)。但由于传感器节点由电池供电，电池的容量一般不大，而且其特别的应用领域也决定传感器在使用过程中，很难再充电或更换。因此，节能以延长网络的生命周期是无线传

2、感器网络设计的首要任务刚。1929年，匈牙利作家F．Ka血tlIy最早提出了“小世界现象”的论断【4】。1998年，watts和s们gatz对规则网络进行断链重连得到了既具有小世界效应(L～lllN)，又具有集团化特征的网络，提出了著名的、¨S小世界网络(SmallWorldNeMo出SwN)这～概念，并建立了模型f5J。2004年，Helmy等学者通过在AdH0c网络中引入逻辑链路形成具有小世界效应的无线网络，验证了小世界网络同样适用于具有空间属性的无线网络161。HelIIlv等人还研究了在磁盘网络模型中以静态汇聚节点为中心的无线传感器网络中设置有线链路产生捷径的能量效率问题【7】。但是

3、，HeIIny等人只是分析了有线的最优长度、加入多少的有线后能量效率达到最高，以及最大可以达到的能量节省率，而没有分析这些有线放置的最优位置。因此，本文采用遗传算法，研究在磁盘网络模型中，传感器节点均匀分布的单个Sink节点的静态异构传感器网络中有线捷径的优化部署问题。通过有线捷径的引入，最大幅度地降低平均路径长度，达到提高网络能量效率、延长网络生命周期的目的。2．网络模型及路由策略2．1网络模型本文采用磁盘网络模型，传感器节点以图l所示的方式均匀分布于网络拓扑中，节点之间信息传输采用曼哈顿距离(Manhat啪Distallce)，每个节点到邻居节点的距离均为一跳。网络中只有一个Silll(

4、节点，所有的普通节点都把采集的信息发送到Sink节点。网络为静态及位置相关，即当网络布设完成后，节点将保持位置不变。在网络中加入有线捷径(wiredshoncuts)或中继节点，构造具有“小世界效应”的异构传感器网络。有线捷径一端放置在远离SiIll(节点的地方，另一端与Sillk节点只有一跳的距离、与Sinl【节点可以直接通信。或者也可以采用具有足够的能量供应、存储和处理能力更强的中继节点，这些中继节点也是与Sink节点只有一跳的距离。两种情况下，都只要确定远离Silll(节点的那一端的位置，分析的情况是一样的，因此，在本文的论述中，捷径与中继节点为同义词。在图l的磁盘网络模型中，从拓扑的

5、中心往外看，共有5个圆，表示一个具有5层的磁盘网络。中心的第一个圆为第l层，从中心往外看，每个圆环分别为第2、3、4、5层。若silll【节点在拓扑中心上，则每一层上的节点，不管是在圆上，还是在该层的圆环内，到Sink节点的跳数是一样的(采用贪婪路由策略)。图1节点均匀分布的5层磁盘网络模型、(用0-6伊的斜坐标系表示)2．2路由策略作者简介：傅霞玲。女，福建南安人，硕士研究生，副教授，研究方向：无线传感器网络、网络安全与网络优化。基金项目：福建省教育厅重点资助项目。项目编号：儿07030；福建省自然科学基金资助项目，项目编号：2仰8J0014、2007J0316。●一23—本文采用贪婪路由

6、策略，即某个节点N要发送数据到Sink节点时，它把数川也发送给距离SiIll(最近的邻居节点，邻居节点再重复这种过程，直到数据包发送到Silllc节点。采用贪婪路南算法，数据包以最小的跳数，就可以到达siIll【节点。当网络中加入有线捷径时，显然，对于有些节点，通过有线捷径构成的有线链路，可以更快地到达Sinl(节点，因此，信息通过有线链路，传输到Sink节点；而对于另一些节点，直接通过无线链路，传输距离更近，就不必要通过有线链路了。数据包到底如何传输，需要进行比较判断：设：用N。(】【．，弦表示sinl【节点坐标，Ni(i，j)表示普通节点坐标，Nn()【n，yn)为中继节点坐标。令：d、

7、耐=

8、i·xs㈨一ysI，df西fIi·)【11㈨-”卜卜l其中，d。表示普通节点通过无线链路到达Silll【节点的距离(跳数)；d硎表示通过有线链路到达sink节点的距离(跳数)。若：d婚I