论文-能量高效的传感器网络虚拟骨干网构造算法研究.docVIP

能量高效的传感器网络虚拟骨干网构造算法研究 摘 要：无线传感器网络是由大量能量受限的传感器节点组织成的无中心结构的无线自组织多跳网络。通过构造虚拟骨干网，可以大幅度降低传感器网络的路由复杂度，显著地延长网络的寿命。本文提出一种新的可用于传感器网络路由的能量高效的虚拟骨干网构造算法，在分簇的基础上，通过求解连通支配集的方法优化簇内结构。仿真结果表明该算法具有良好的性能，可以有效的提高能量的利用。 关键词：无线传感器网络；虚拟骨干网；分簇；连通支配集 Research on Energy-Efficient Algorithm for Virtual Backbone Construction in Wireless Sensor Network ZHAO shi-jun 1, CHEN lin2 , LI xiao-dong2 (1. Dept of Information engineering, University of Science Technology Beijing, Beijing 100083; 2. Institute of instrument, University of Petroleum, DongYing 257061, China) Abstract: Wireless sensor network, which is consisted of a huge number of energy-limited sensor nodes, is a self-organization, multi-hop, wireless network without fixed infrastructure. Building a virtual backbone in wireless sensor network can effectively reduce the complexity of routing protocol and prolong the life of the network. In this paper, a new energy-efficient algorithm for virtual backbone construction is proposed. The virtual backbone is constructed based on clustering, and then we use a CDS finding algorithm to construct the inner-cluster topology. Simulation shows the proposed algorithm has a great performance. Keywords: Wireless Sensor Network; Virtual Backbone; Clustering; Connected Dominating Set 引言 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，在环境与军事监控，地震与气候预测、地下、深水以及外层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。 无线传感器网络与传统的层次结构的无线网络存在着显著不同，由于无中心控制，这种网络最初的结构是平面式的，在节点数目增多时路由开销很大,可扩展性较差，因此平面式结构不适合无线传感器网络，从而使构造层次型拓扑结构成为必要。另一方面，传感器节点在空闲状态的能量消耗与在接受状态的能量消耗相当，制定恰当的管理策略使网络中的冗余节点从空闲模式转换为睡眠模式将能明显地节约能量。在无线传感器网络中，考虑依据一定机制选择某些节点作为骨干网节点，打开其通信模块，并关闭非骨干节点的通信模块，由骨干节点构建一个连通网络来负责数据的路由转发。这样既能保证原有覆盖范围内的通信，也能在很大程度上节省能量。对于大规模无线多跳的自组织网络，如何求解其虚拟骨干网是目前学术界的一个热点问题。 目前，从数目众多的节点中选择关键点构造虚拟骨干网，主要有两种途径：分层选取（即通过分簇算法，在网络中建立分层拓扑结构）和连通支配集选取。研究人员已经提出了大量基于节点ID、连通度等多种参考因素的分簇算法[1]。网络使用分簇结构，数据在簇头节点进行融合，可以避免大量不必要的重复信息传递，进一步节约能量开销，延长网络寿命。分簇式的拓扑结构有利于分布式算法的应用，适合大规模部署的网络。但是目前提出的分簇算法，大都存在以下缺点：由于簇头消耗的能量远大于其它传感器节