无线传感器网络中d-Hop 2-连通容错支配集的分布式构造算法

无线传感器网络随节点移动组成自我维持的自组织系统,采用连通支配集的虚拟骨干技术可使平面网络系统层次化而简化节点路由、管理和维护。但大规模无线传感器网络的连通支配集节点数目依然庞大,d-hop连通支配集可以大大减小支配集节点数目。另外,由于存在节点失效、链路断裂等无线特性,虚拟骨干网需要具备一定的容错性。在单位圆盘图网络模型中为构建精简且具有容错能力的虚拟骨干网,提出d-hop 2-连通支配集的分布式构造算法,先构造d-hop独立支配集后再连通形成d-hop 2-连通支配集。并从理论和仿真上对算法的复杂度、近似比和算法性能作了进一步探讨和验证。     

无线传感器网络中2-连通k-支配的容错连通支配集构造

无线传感器网络可采用连通支配集的虚拟骨干技术使平面网络层次化,但传感器节点的失效和链路的断裂会导致网络失败,虚拟骨干网最好具有容错性好、可靠性高的特性.对此,提出具有容错性的2-连通 -支配集的构造算法,以节点自身和邻域信息分布式地构造 -支配节点,利用最小生成树和块-割点图将 -支配节点2-连通.理论分析和实验仿真表明此算法具有较好的算法性能比,在中等规模网络中会产生更少的具有容错性的 -支配节点,可节省传感器节点的能量消耗和网络的通信开销.     

2-连通2-支配集的集中式构造

在无线传感器网络中,通常采用连通支配集来构成一个虚拟骨干网进行分层路由,对重要的目标或环境需要构造容错性高,可靠性好的虚拟骨干网。提出构造网络2-连通2-支配集的两种集中式算法,分别是先回路后支配和先支配后回路。前一种算法是先形成一个由支配点组成的回路,然后以此回路为基础不断地扩充此回路,直到不在回路中的节点为2-被支配为止;后一种算法是首先保证每个非支配点都要变成2-被支配点,然后再使图中所有支配点构成回路。     

无线传感网络中能量均衡的连通支配集算法

连通支配集是无线传感器网络中构建虚拟骨干网络的重要手段.由于支配集中节点的能耗相对其他节点要多,支配集中剩余能量较小的节点决定了虚拟骨干网的生命周期.现有算法或者只是关注构造较小的支配集,或者没有考虑调整能耗极快的支配节点.提出了一种能量均衡的连通支配集算法,基于节点剩余能量和连通度构造支配集,在网络运行过程中根据耗能速度,提前选择候选支配节点,分流负载过重的支配节点.仿真结果表明,新算法能以较小消息开销,有效延长网络寿命.     

面向节能和容错的异构WSNs数据收集算法

采用连通支配集作为虚拟骨干可以延长无线传感器网络的生命时间,但是考虑节点容易失效的特性,网络还需要具有一定的容错性。针对k-连通m-支配集的容错方法能耗过大的问题,提出了一种面向节能和容错的分布式数据收集算法。算法首先构建连通支配集,然后选择容错度大的节点作为备份节点,最后在数据收集过程对支配节点的能耗进行均衡。理论分析和仿真实验证实算法不仅以较小的时间和消息开销构建规模较优的连通支配集,而且还保证了容错性并最终延长了网络的生命时间。     

无线自组织网络中构造2-连通k-支配虚拟主干网的近似算法

在无线自组织网络中,经常选取一些节点形成虚拟主干网,用以支持路由和区域监视等任务。由于无线网络自身存在误码率高、易受干扰等弱点,虚拟主干网需要具有一定的容错性。已经有研究者提出使用k-连通k-支配集合在无线自组织网络中构造容错虚拟主干网,并通过模拟实验评估了算法的性能。近年来,Wang Feng等人设计了常数近似算法用来构造2-连通虚拟主干网。本文将设计一个常数近似算法用以在无线自组织网络中构造一个2-连通k-支配虚拟主干网。     

无线传感器网络中具有容错能力的连通支配集构造算法*

根据无线传感器网络中虚拟骨干节点极易失效的问题,建立了一个具有容错能力的连通支配集。首先提出了一种分布式连通支配集构造算法DACDS;然后在这个算法基础上,根据一般构造容错支配集的规则,提出了容错算法kCDS;最后根据该算法的缺点,对其作了一个改进,并对kCDS和改进kCDS算法进行了仿真。仿真结果表明,改进kCDS算法具有更好的性能。     

基于参考能量的无线传感器网络连通支配集算法研究

无线传感器网络中通常利用连通支配集形成虚拟骨干网以进行分层次的路由.现有算法所得到的连通支配集或者只适用于图的连通度比较大的情况,或者没有考虑支配节点的能量等特性.本文设计了一种基于参考能量的连通支配集构造算法,在考虑支配节点的剩余能量的基础上生成连通支配集,使获得的连通支配集不仅适合于各种连通度的拓扑情况,而且具有更好的能量性能.     

一种参考能量的最小连通支配集近似算法

在无线传感器网络中,能量效率问题至关重要,构造精简的虚拟骨干网可以节约有限资源,这等同于在图论中求解最小连通支配集(MCDS)问题.由此,提出一种构造MCDS的启发式算法.首先根据均值公式为顶点建立次序表,其次构造极大独立集(MIS),再次连接MIS节点,最后优化.仿真实验表明:该算法能够在短时间内找到规模较小的连通支配集(CDS),并且有效地均衡了各节点能量,延长了网络生命周期.     

基于多生成树和子网-节点度联合权重的MCDS构造算法

提出了一种基于多生成树和子网-节点度联合权重的静态无线网络极小连通支配集MCDS构造算法SWNMCDS。算法首先设定一个概率p,每个节点随机生成一个概率并与p对比后决定是否成为候选根节点。两跳范围内的候选根节点相互交换信息,确定最终的根节点。每个根节点基于节点权重的连通树生成算法生成多棵连通树。最后基于子网-节点度联合权重选择连通节点,将多棵连通树连成极小连通支配集。经分析,SWNMCDS算法近似比上限为2β(2+H(Δ)),时间复杂度为O(Δ2),消息复杂度为O(Δ2)(Δ为最大一跳邻居节点集合的大小,β为生成树数目)。仿真实验表明,与经典MCDS算法比较,SWNMCDS所构造的连通支配集具有较小的规模。     

Constructing minimum extended weakly-connected dominating sets for clustering in ad hoc networks

Motivated by cooperative communication in ad hoc networks, Wu et al. proposed extended dominating set (EDS) where each node in an ad hoc network is covered by either a dominating neighbor or several 2-hop dominating neighbors, and defined two types of dominating sets: extended strongly connected dominating set (ECDS) and extended weakly connected dominating set (EWCDS), according to the success of a broadcast process. An EWCDS is an effective method for clustering. In this paper, we extend the dominative capabilities of nodes such that each forward node dominates not only itself and its regular neighbors fully, but also its quasi-neighbors partly. Based on this extension, three novel algorithms to find EWCDSs in ad hoc networks are proposed. The correctness and performance of our algorithms are confirmed through theoretical analysis and comprehensive simulations.     

一种基于学习自动机的WSN区域覆盖算法

基于连通支配集(Connected dominating set,CDS)的区域覆盖算法大都采用休眠节点数量的最大化机制来实现节能,这将给无线传感器网络中的活动节点带来沉重的负担。活动节点电能的迅速耗尽将导致CDS失效,产生覆盖盲区。不断激活其他休眠节点,会出现频繁的网络拓扑变化,导致网络收敛性出现问题。提出了一种基于学习自动机的WSN区域覆盖算法。采用受度限制的连通支配集d-CDS来构造WSN骨干网络,利用学习自动机选择当前节点的最优邻居节点,以此实现对所构造CDS的优化,实现活动节点的负载均衡,改善区域覆盖性能。通过仿真实验对比Gossip、ST-MSN和TMPO等算法,表明本文提出的算法在网络覆盖比率、活动节点的剩余电量等方面均存在优势。     

移动Ad Hoc网络中最小连通支配集的分布式高效近似算法

提出了一种基于局部最大度数与节点标识号相结合的支配点选择斤式,并基于该方式给出了一种计算移动Ad Hoc网络最小连通支配集的分布式近似算法CDSA,实验显示,CDSA算法生成的连通支配集比文献所提出的WL、CBBA及MCDS算法更小另外,CDSA是一种动态的和基于分布式的算法,冈此它不但适用于移动Ad Hoc网络,也适用于一般网络中的最小连通支配集的近似计算问题。     

无线自组网络中的消息最优的连通控制集

在无线自组网中,提出了一种虚拟骨干网连通控制集(connected dominating set)。然而,寻找最小连通控制集(minimum connected dominating set)是一个NP困难的问题。在很多文献中已经提出了计算最小连通控制集的近似算法,这些算法大都存在近似比很差、时间复杂度和消息复杂度高等问题。近年来,提出了一些新的构造连通控制集的分布式启发式算法。这些新的启发式算法基于生成树的构造,这使得在迁移和拓扑更改的情况下维护连通控制集的通信开销非常昂贵,会对整个网络的性能及生存时间产生影响。因此消息最优的连通控制集也就被提出。在保证构建消息最优的连通控制集的情况下,通过建立一种新的求解极大独立集的模型,考虑到圆不能密铺会造成一定的误差,通过使用正六边形来代替R为0.5的圆,从而求得了一个更为精确的三跳内极大独立集,改善了文献[16]中的结果,得到了更小的连通控集近似比,其值为143opt+33。     

Fast distributed dominating set based routing in large scale MANETs

Hierarchical routing techniques have long been known to increase network scalability by constructing a virtual backbone. Even though MANETs have no physical backbone, a virtual backbone can be constructed by finding a connected dominating set (CDS) in the network graph. Many centralized as well as distributed algorithms have been designed to find a CDS in a graph (network). Theoretically, any centralized algorithm can be implemented in a distributed fashion, with the tradeoff of higher protocol overhead. Because centralized approaches do not scale well and because distributed approaches are more practical especially in MANETs, we propose a fast distributed connected dominating set (FDDS) construction in MANETs. FDDS has message and time complexity of O(n) and O(Δ²), where n is the number of nodes in the network and Δ is the maximum node degree. According to our knowledge, FDDS achieves the best message and time complexity combinations among the previously suggested approaches. Moreover, FDDS constructs a reliable virtual backbone that takes into account (1) node’s limited energy, (2) node’s mobility, and (3) node’s traffic pattern. Our simulation study shows that FDDS achieves a very low network stretch. Also, when the network size is large, FDDS constructs a backbone with size smaller than other well known schemes found in the literature.     

OTIS网络的支配集问题算法研究

图的最小支配集问题和最小连通支配集问题在网络与并行分布式计算中有重要应用,计算上它们都属于NP难问题。OTIS网络是一类可以任意图为因子网络的复合网络,它能继承因子网络的良好特性,因而成为可扩展性、模块化、容错性的大规模并行计算机系统的体系结构形式之一。研究如何构建OTIS网络的较小支配集和连通支配集。基于OTIS网络构图规则,分别根据因子网络的支配集算法和连通支配集算法得到了求解OTIS网络的支配集算法和连通支配集算法。从理论上分析了这些算法的性能,并通过实例进行了验证。     

基于堆的最小连通支配集高效近似算法

提出一种解决连通网络图上连通支配集(CDS)问题的贪心近似算法。利用堆结构逐步选出支配节点,将支配节点加入由之前已确定节点组成的树中,完成网络图中支配树的构造。通过计算堆操作次数,分析算法在平均情况下的时间复杂度。在随机网络模型上的模拟实验结果表明,与已有算法相比,该算法可以得到点数更少的连通支配集。