DSCAU非均衡负载无线传感器网络的基于支配集的分簇数据收集算法.pdfVIP

高技术通讯2012年第22卷第9期：918～924 doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2012．09．005 DSCAU：非均衡负载无线传感器网络的基于 支配集的分簇数据收集算法① 奎晓燕②张士庚③王建新 (中南大学信息科学与工程学院 长沙410083) 摘要针对无线传感器网络(WSNs)在负载不均衡即各节点数据量不相同情况下的数 据收集问题进行了研究，提出了WSNs在负载不均衡下的新的基于支配集的分簇数据收 集算法——DSCAU。运用DSCAU时，每个节点对自身剩余能量、节点邻居数量、自身和 邻居产生的数据量等情况进行综合考虑来选举候选簇首。为避免正式簇首过多，候选簇 首根据自身邻居被其他候选簇首覆盖的数量，以反比概率成为正式簇首。同时为了均衡 簇首的能量开销，对簇的规模进行了限制。理论分析和仿真实验表明，DSCAU在多跳情况 下能有效延长网络生命周期，并且能保证所有节点均加入簇，从而提高成簇算法的覆盖率。 关键词非均衡负载，无线传感器网络(WSNs)，支配集，分簇，数据收集 仿真实验验证了其有效性。 0 引言 1 数据收集的分簇技术 sensor 无线传感器网络(wirelessnetworks， WSNs)综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式 利用分簇技术来进行数据收集是目前广泛采用 信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感 的方法M1。根据簇首产生的方式，可以分为基于概 知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的 率的分簇算法和基于支配集的分簇算法。其中，基 信息，并对这些信息进行处理01-3。WSNs在工业、于概率的分簇算法是在分簇开始时，使网络中的一 农业、军事、医疗卫生等多个领域均有广泛的应用。 部分节点同时以一定概率成为簇首；基于支配集的 由于WSNs的传感器节点能量有限，通信和计算能分簇算法是在分簇开始后，使每个时间步产生少量 力较弱，如何使所有节点自组织地形成连通的网络 簇首，若干个时间步后，将产生足够的簇首来使网络 来进行数据收集，以及如何节省能量以延长网络寿 中的所有节点均能加入簇。基于概率的分簇算法主 命，是目前无线传感器网络研究中的热点。目前 要是面向单跳网络，而基于支配集的算法主要是面 WSNs进行数据收集多采用分簇算法，但已有的分向多跳网络。 簇算法普遍只考虑单跳网络而忽视多跳网络，且仅 (1)基于概率的分簇算法 考虑网络负载均衡即网络中节点产生的数据量相同 的情况。而实际部署的无线传感器网络通常是多跳 出的基于概率的分簇数据收集算法。为了克服 的，且负载不均衡，即处于网络中不同部分的节点产 LEACH中能量低的节点成为簇首时容易过早死亡 生的数据量往往不相同。针对这种情况，本研究提 的缺点，混合的低能耗分布式分簇方法HEED∞J对 出了一种适用于非均衡负载无线传感器网络的基于 网络中选择簇首的过程进行了改进。能量感知的无 setbased 支配集的分簇数据收集算法(dominating fordata inWSNswith clusteringalgorithm gathering HEED的缺点，根据节点自身的能量与邻居的平均 unbalancedtraffic load，DSCAU)，并通过理论分析和能量之间的比值来确定节点成为簇首的概率。但 ③通讯作者，E-mail：sgzhang@CSU．edu．cn (收稿日期：2012-03—14) 一918— 万方数据