一种基于反向CDS树的异构WSNs拓扑构建方法

在无线传感器网络中,拓扑控制是节约能源、延长生命周期的一项关键技术。现有拓扑控制方法的研究主要集中在同构网络,对此,面向异构网络提出了一种低信息复杂度的基于反向连通支配集树的分布式拓扑构建算法。基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,改进了A3G算法中节点的适应度函数和算法流程,优化了产生的连通支配集的规模和通信开销,进一步降低信息复杂度,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗。理论分析和仿真实验证明,算法能够以较小的时间和通信代价构建拓扑,延长网络生命周期。     

基于分享度的最小连通支配集求解算法

以节点分享度作为选择分配点的优先级,提出一种最小连通支配集(CDS)求解算法.从根节点开始,将具有局部最大分享度的节点作为支配点,选择连接点与已确定的支配点连通,逐步构造网络的支配树,分析支配树的直径,计算支配树的平均跳数距离(AHD),从而评价网络的通信成本.实验结果表明,与CDS-BD-C2算法相比,该算法得到的CDS规模较小,且支配树的AHD平均减少12％.     

基于拓扑特性的分布式虚拟骨干网算法

由于在任意连通网络中搜索最小连通支配集(minimum connected domination set,简称MCDS)是NP完全问题,提出了一种拓扑感知的MCDS启发式算法——TACDS(topology-aware connected domination set),并证明了其正确性.通过利用节点的拓扑特性,减小了支配节点选择的盲目性.该算法能够根据2跳内的局部拓扑信息构造出较小的CDS(connected domination set),从而得到基于该支配集的虚拟骨干网.仿真结果表明,该算法优于其他分布式CDS算法,可以更好地近似MCDS.     

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。     

基于最小生成树的连通支配集求解算法

针对无线网络中的连通支配集(CDS)问题,通过分析得到了CDS的一个重要性质,即简单连通无向图的最小CDS是该图的一棵包含最多叶子节点的生成树中的非叶子节点的集合。根据这个结论,设计了一个新的连通支配集求解算法,实验表明,新算法较前人的算法有更好的性能。     

求解圆盘图中最小连通支配集的近似算法

针对无线传感器网络常用的拓扑模型单位圆盘图,提出了基于分布式贪心策略的近似算法DDT,在算法执行的每一轮中,根据一跳邻域范围内的权值和邻居的状态信息,选举出节点并和已确定的节点连接,逐步构造出网络图中的一个支配树。用概率方法研究了支配树中的节点度的性质,通过对极大独立集和最小连通支配集之间关系的分析,得到单位圆盘图中最小连通支配集问题一个新的近似比。计算结果表明,和相关的分布式算法相比,DDT产生的连通支配集在规模上更优。     

无线传感器网络(k,m)-容错连通支配集的分布式构建

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,但是考虑到节点容易失效,虚拟骨干还需要具有一定的容错性。对此,针对任意k和m取值,提出了一种完全分布式的k-连通m-支配集构建算法,其中k-连通保证了网络中支配节点之间的容错性,m-支配则保证了普通节点与支配节点之间的容错性。该算法可以在异构网络中进行扩展,首先构建连通支配集,然后采用最大独立集和贪心的思想将普通节点进行m-支配,最后在局部拓扑中通过公共邻居节点将连通支配集扩展为k-连通。仿真实验证实,该算法可以通过较低的通信开销获得规模较优的k-连通m-支配集。     

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。     

异构无线传感器网络中基于CDS树的拓扑控制方法

拓扑控制是无线传感器网络中节约能量、延长网络生命的关键技术。针对现有拓扑控制方法主要集中在同构网络中作为拓扑构建或拓扑维护单独研究的问题,提出了包含两个过程的异构网络分布式拓扑控制算法A3M。拓扑构建基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗;拓扑维护对网络性能进行评估,当现有网络性能严重下降时,改变拓扑以保障网络的稳定运行。理论分析和仿真实验证实算法能够以较小的时间和消息代价减少拓扑构建能耗并延长网络时间。     

A1: An energy efficient topology control algorithm for connected area coverage in wireless sensor networks

Energy consumption in Wireless Sensor Networks (WSNs) is of paramount importance, which is demonstrated by the large number of algorithms, techniques, and protocols that have been developed to save energy, and thereby extend the lifetime of the network. However, in the context of WSNs routing and dissemination, Connected Dominating Set (CDS) principle has emerged as the most popular method for energy-efficient topology control (TC) in WSNs. In a CDS-based topology control technique, a virtual backbone is formed, which allows communication between any arbitrary pair of nodes in the network. In this paper, we present a CDS based topology control algorithm, A1, which forms an energy efficient virtual backbone. In our simulations, we compare the performance of A1 with three prominent CDS-based algorithms namely energy-efficient CDS (EECDS), CDS Rule K and A3. The results demonstrate that A1 performs better in terms of message overhead and other selected metrics. Moreover, the A1 not only achieves better connectivity under topology maintenance but also provides better sensing coverage when compared with other algorithms.     

An energy-efficient topology construction algorithm for wireless sensor networks

Topology management schemes have emerged as promising approaches for prolonging the lifetime of the wireless sensor networks (WSNs). The connected dominating set (CDS) concept has also emerged as the most popular method for energy-efficient topology control in WSNs. A sparse CDS-based network topology is highly susceptible to partitioning, while a dense CDS leads to excessive energy consumption due to overlapped sensing areas. Therefore, finding an optimal-size CDS with which a good trade-off between the network lifetime and network coverage can be made is a crucial problem in CDS-based topology control. In this paper, a degree-constrained minimum-weight version of the CDS problem, seeking for the load-balanced network topology with the maximum energy, is presented to model the energy-efficient topology control problem in WSNs. A learning automata-based heuristic is proposed for finding a near optimal solution to the proxy equivalent degree-constrained minimum-weight CDS problem in WSN. A strong theorem in presented to show the convergence of the proposed algorithm. Superiority of the proposed topology control algorithm over the prominent existing methods is shown through the simulation experiments in terms of the number of active nodes (network topology size), control message overhead, residual energy level, and network lifetime.     

Poly: A reliable and energy efficient topology control protocol for wireless sensor networks

Energy efficiency and reliability are the two important requirements for mission-critical wireless sensor networks. In the context of sensor topology control for routing and dissemination, Connected Dominating Set (CDS) based techniques proposed in prior literature provide the most promising efficiency and reliability. In a CDS-based topology control technique, a backbone - comprising a set of highly connected nodes - is formed which allows communication between any arbitrary pair of nodes in the network. In this paper, we show that formation of a polygon in the network provides a reliable and energy-efficient topology. Based on this observation, we propose Poly, a novel topology construction protocol based on the idea of polygons. We compare the performance of Poly with three prominent CDS-based topology construction protocols namely CDS-Rule K, Energy-efficient CDS (EECDS) and A3. Our simulation results demonstrate that Poly performs consistently better in terms of message overhead and other selected metrics. We also model the reliability of Poly and compare it with other CDS-based techniques to show that it achieves better connectivity under highly dynamic network topologies.     

伪多跳中继分布式一致性算法

为了提高分布式一致性问题的收敛速度, 减少节点间的通信成本, 本文提出一种分布式一致性算法. 新算法采用单跳通信, 利用非邻接节点的前状态信息进行节点状态更新. 本文证明了在无向通信拓扑下新算法的一致性收敛, 并分析计算了新算法的通信量以及收敛速度的变化. 通过理论分析和仿真验证, 结果表明新算法具有收敛速度快, 通信方式简单, 通信量少, 存在通信延时情况下通信数据不容易丢失等优点.     

大规模WSN的三层拓扑架构及其拓扑控制

针对多sink的大规模WSN,提出一种新的三层网络拓扑架构,以解决现有平面型和两层分簇型拓扑架构与大规模WSN环境不相适应的问题;在分析各层数据通信策略的基础上,重点研究了基于瓶颈sink节点的关键层拓扑控制算法,为核心层数据通信提供可靠性支持。仿真实验表明,所提出的大规模WSN三层拓扑控制结构和拓扑控制算法有助于平衡全局通信负载,控制关键通信层能量消耗,提高网络监测的鲁棒性。     

空间激光通信网络拓扑算法设计与仿真研究

研究自由空间激光通信网络移动节点的拓扑控制问题,针对特定场景空间激光通信自组织网络提出一种基于集合划分的启发式拓扑算法.根据空间节点的位置姿态信息和激光建链的约束条件计算节点间的可连接关系及链路稳定度,通过启发式迭代生成较优的全连通稳定拓扑,实现所有节点间的网络层通信.所提算法不仅可优化网络直径,还可在遇到链路断开时,...     

基于三角形斯坦纳树的分区连通性恢复算法

无线传感器网络中的节点由于自身能量的消耗,及外部因素影响会导致节点出现大规模的失效,从而把无线传感器网络分割成几个独立的不能相互通信的分区。为恢复网络,重建分区之间的通信链路,提出基于三角形斯坦纳树连通恢复算法。该算法首先利用传统算法实现分区连通,然后通过构建三角形斯坦纳树以减少部署的中继节点数量。与现有的一些算法相比,该方法形成的网络拓扑不仅减少了部署中继节点的数量,能够使分区重新连通,而且能够减少网络通信的能量消耗。实验结果表明,所提方法相对于传统算法在构建网络拓扑时更加有效。     

WSN中能量均衡的混合路由树算法

针对无线传感器网络中多跳通信路由导致的能量洞问题,提出基于环模型的混合路由树算法,创建最小代价混合路由树,使节点间采用单跳和多跳交替的混合路由通信方式,以此均衡网络耗能。仿真结果表明,该算法能有效解决能量洞问题,并最大限度地延长网络的生存时间。     

基于P2P通信的综合因子组播优化算法研究

在多连接并发组播模型基础上, 综合考虑网络节点的转发能力及节点间通信权值, 提出了综合因子（FIN）组播算法。针对具有树管理节点（TMN）的P2P网络结构特点, 介绍了组播树维护方案, 以解决节点加入和离开影响组播树通信效率的问题。最后给出了支路优先算法（BFI）、连接数优先算法（JFI）、权值优先算法（WFI）和FIN算法的实验效率比较, 结果表明FIN算法对各种通信权值都有较好的组播效果。