基于综合故障的无线传感器网络无标度容错拓扑模型研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014)170506基于综合故障的无线传感器网络无标度容错拓扑模型研究冰刘彬)董明如)刘浩然2)十尹荣荣2)韩丽2)1)(燕山大学电气工程学院，秦皇岛066004)2)(燕山大学信息科学与工程学院，秦皇岛066004)(2014年4月21日收到；2014年5月13日收到修改稿)针对无线传感器网络实际应用中遇到的环境损毁和能量耗尽的问题，本文首先对网络综合故障进行建模，获取满足综合故障容忍能力和网络生命期双重需求的网络节点度和节点度上限值的取值规律，并结合由无标度特征导出的两者关系，从而求得最优节点度

2、上限值，最终引入关于节点度上限值的适应度函数，提出了容忍环境损毁和能量耗尽综合故障的无标度容错拓扑演化模型．仿真实验结果表明，该模型演化生成的无标度拓扑对环境损毁和能量耗尽具有较好的容错性，并能够有效地延长网络生命期．关键词：无线传感器网络，无标度拓扑，环境损毁，能量耗尽PACS：05．65．+b，05．70．NpDOh10．7498／aps．63．170506无标度特性，但构建拓扑过程中没有考虑能量、干1引言扰等因素对网络的影响．文献f91考虑了节点的剩余能量，借助随机行走机理，以节点当前能量值作部署在恶劣环境中的无线传感器网络(wire-为行走依据生成了能

3、量均衡的WSNs无标度簇lesssensornetworks，WSNs)是一个能量受限的网间拓扑结构．然而文献[8】和【9]研究的均是层次络[，引，网络中的节点经常因环境损毁和能量耗尽型网络的簇间无标度演化，文献[10]提出局域世而频繁失效[3，到，从而大大降低了网络的覆盖连通界的概念，将增长择优机理应用到平面WSNs中，度，影响网络的性能，甚至导致整个网络崩溃而不提出了EBEM(Energy—BalancedEvolutionModel1能继续满足应用需求因此构建容忍综合故障的算法，使生成的WSNs无标度拓扑的容错性得以有容错拓扑是WSNs的一个重要研究课题

4、．效改善．文献『l11针对wSNs自身特性，考虑了节在WSNs容错拓扑结构中，节点度服从幂律分点能量及发射半径受限、节点易受各种因素影响而布的无标度容错拓扑结构无需添加冗余链路，无失效等情况，提出了一个改进的无标度演化模型，低能效限制，更可以满足恶劣环境等对拓扑容错更适用于现实的WSNs．文献f121对网络节点度加性的需求[0，7】，具有其他容错拓扑结构无法比拟的以限制，建立适应度模型，从而演化出了能耗更均优势，因此基于无标度结构的WSNs容错拓扑成衡的WSNs无标度容错拓扑．文献[13】在考虑节点为一个研究热点，近年来涌现了大量关于WSNs剩余能量的同时分析

5、了负载对网络生命期的影响，无标度容错拓扑的文献．文献【81将复杂网络的择生成了具有能耗和负载的容错拓扑(FTEL1模型，优增长连接机理引入到WSNs中，在网络簇间构使生成的拓扑有效地均衡拓扑能耗和节点负载，有建容错拓扑，使演化生成的WSNs容错拓扑具有效延长了网络生命期．从上述文献可以看出WSNs河北省自然科学基金(批准号：F2012203179，F2014203239)资助的课题十通讯作者．E-mail：liuhaoranysu~163．corn@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．c竹

6、170506-l7物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014)170506无标度容错拓扑的研究在逐渐深入和完善，目前所假设Ⅳ个节点均匀散布在二维有界监测区域研究的WSNs无标度拓扑对随机节点失效具有强G内，则网络平均能量消耗或表示如下：容忍能力，并且通过均衡节点能耗延缓节点能量耗尽从而延长网络生命期，但它们均没有考虑因能量豆=∑EcJN=2Eell{=1耗尽造成的节点失效对拓扑结构的影响，不能容忍Ⅳ能量耗尽故障，故这些WSNs无标度拓扑算法在优+Ep·l·∑d／Ⅳ．(6)化网络容错性上仍存在局限性，因此构建可容忍能量耗尽和环境损毁综合

7、故障的WSNs无标度容错设监测区域G的面积为A，则节点落入以通信拓扑具有一定研究意义．距离dt为半径的圆域D内的概率为基于上述分析，本文首先对能量耗尽故障和环境损毁故障进行分析，建立综合故障模型，以综=dxdy=，(7)合故障容忍能力和网络生命期作为限制条件量化分析网络节点度，并依据WSNs无标度特征最终则节点i的传输距离与其节点度kt之间存在如获得最优节点度上限值，构建有关最优节点度上下关系：限值的适应度函数，演化生成WSNs容忍综合故障kt=N．=NTcd2／A．(8)的无标度容错拓扑TIST(TolerantIntegrated—faultScale—f

8、reeTopology)．故网络节点度