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基于K-MST拓扑控制算法的异构传感器网络多簇点简化研究

小序

在无线传感器收集拓扑节制算法的钻研中,使用简化冗余路径可以低落通信滋扰,削减能量耗损,并且延长收集生计期。然则,以路径简化为主要措施的拓扑节制必定带来收集的壮实性下降。是以,在无线传感器收集拓扑节制钻研中,必要斟酌具有容错特点的拓扑节制问题。若何建立能够在当K-1个节点掉效时,仍旧具有连通性的无线传感器收集拓扑布局,是近年来钻研的一个热点问题。

近年来,很多学者开展了关于容错拓扑近似算法的钻研。如保持收集K连通的全局近似算法FGSS和局部近似算法FLSS。然则因为这两种算法不绝地比较收集路径和判断收集是否达到K连通,开销较大年夜。文献以同构收集为工具,提出了CBTC(a)算法。该算法中当a=2π/3K前提满意时,可使原收集的天生子图维持K连通性。文献对随机散播无线传感器收集节点的发射半径与形成K连通图的概率关系进行了阐发,并提出Yp,K布局能够使天生K连通子图维持原拓扑的K连通性。文献提出了集中式和散播式算法K-UPVCS,然则该算法孕育发生的拓扑布局极易孕育发生回路而造成收集不能够连通。

本文在异构无线传感器收集模型上,提出了一种基于多簇点简化的K容错能量均衡拓扑节制规划。该规划在包管传感器收集K连通的条件下;可最大年夜限度削减传感器收集中的冗余路径,且可以较好地均衡无线传感器的收集能耗。

1、 异构无线传感器收集模型

定义异构无线传感器收集,V表示传感器收集中的节点聚拢,E表示节点之间的通信路径聚拢。传感器收集中包括三类节点:监测节点、接力节点和簇节点。设该传感器收集中,有N个用于信息监测的传感器节点Vs,该类节点用于采集监测区域内的信息,并将信息发送到邻居节点,且承担转发其他节点数据的义务;为了使监测区域内维持收集连通,布署了R个用于数据接力节点Vr,接力节点认真信息的转发。监测节点采集到的数据经多跳转发终极传送到簇节点Vc,簇节点一方面接管簇内的信息,同时介入簇之间的信息转发,设簇节点个数为M。在该无线传感器收集模型中,有V=Vs∪Vr∪Vc。

2、 基于多簇点简化的K容错能量均衡拓扑节制规划

本文提出了一个K容错能量均衡拓扑节制规划。首先,为了简化运算,该规划将多簇点异构传感器收集简化为单簇点收集,简化后的收集连通性与简化前相同,且路径维持能量最小;然后,在简化后的收集布局上,提出了一个K-MST算法,根据节点的位置信息,建立各监测节点到簇节点的最小能耗的K连通收集。

2.1 异构传感器收集多簇点简化

在简化监测节点与簇节点路径时,若监测节点和多个簇节点间存在路径时,则保留监测节点到簇节点的最小路径。由此可见,假如收集原拓扑是K连通的,则简化后的拓扑仍为K连通且是能量耗损最小的单簇点拓扑布局。

2.2 K-MST拓扑节制算法

3、 实验结果和机能阐发

构建1 000 m×1 000 m无线传感器收集仿真区域,收集中随机部署监测节点70~140个不等,令收集中监测节点最大年夜发射半径为400 m,取簇节点个数N=3,首先对该收集进行多簇点简化,然后分手采纳YG6,3算法、FLSS3算法以及本文提出的K-MST算法(K=3)进行包管每个节点至簇节点有3条不相关路径的拓扑节制,对每种算法分手进行50次仿真,将所得的节点匀称度数和未进行拓扑节制节点匀称度数进行对照,如图1所示。

从图1可以看出,跟着收集规模增大年夜,未进行拓扑节制的收集节点匀称度数由11.4增添到23.37,且增长速率很快。采纳三种拓扑节制算法均将节点的度数进行了有效的节制,将匀称度数减小到了16以下,这三种算法中,本文提出的K-MST算法将节点匀称度数包管在2.8~2.94之间,比其他两种算法更多地削减了路径的冗余,较小的收集冗余削减了数据传输历程中的数据冲突耗,可延长能量有限的无线传感器收集事情寿命,又可较好地包管收集的连通性。

采纳YG6,3算法、FLSS3算法以及3-MST算法分手进行50次仿真,将天生拓扑布局中匀称链路长度和未进行拓扑节制的匀称链路长度进行对照,如图2所示。

从图2可以看出,因为收集规模增大年夜,采纳三种拓扑节制算法所得的收集匀称链路长度均呈下降趋势,采纳3-MST算法获得的匀称链路长度最小。这意味着在采纳3-MST算法天生拓扑的路径长进行数据传输,比别的两种算法可以耗损更少的能量,从而延长收集寿命。

4 、结论

针对异构监测传感器收集布局,设计了一个优化的拓扑节制规划,在削减收集冗余的同时兼顾了收集的容错性,并且包管天生拓扑可以有效延长收集生计周期。该拓扑节制规划在包管传感器收集K连通的条件下,可以最大年夜限度削减传感器收集中的冗余路径,可以较好地均衡无线传感器收集能耗,延长收集生命周期。

责任编辑:gt

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