一种强容侵能力的无线传感器网络无标度拓扑模型研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 9 (2014) 090503 一种强容侵能力的无线传感器网络无标度 拓扑模型研究∗ 刘浩然 尹文晓 董明如 刘彬 1)(燕山大学信息科学与工程学院, 秦皇岛 066004) 2)(河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 秦皇岛 066004) ( 2014 年1 月5 日收到; 2014 年1 月27 日收到修改稿) 针对无线传感器网络无标度拓扑容侵能力差的问题, 本文借助节点批量到达的Poisson 网络模型, 提出了 一种具有容侵优化特性的无标度拓扑模型, 并在构建拓扑时引入剩余能量调节因子和节点度调节因子, 得到 了一种幂率指数可以在 调节的无标度拓扑结构, 并通过网络结构熵优化幂率指数, 得出了具有强容 侵特性的幂律指数值. 实验结果表明: 新的拓扑保持了无标度网络的强容错性, 增强了无标度网络的容侵性, 并具有较好的节能优势. 关键词: 无线传感器网络, 无标度拓扑, 容侵, 容错 PACS: 05.65.+b, 05.70.Np DOI: 10.7498/aps.63.090503 点的剩余能量与经典的无标度演化机理相结合, 保 1 引 言 证了拓扑的容错性, 同时促使网络向节能的方向 转变. 文献[7] 构建的无标度拓扑模型在连接概率 无线传感器网络(wireless sensor networks, 上考虑节点剩余能量、节点饱和度等问题, 进一步 WSNs) 节点经常部署在恶劣的环境中, 常会因为 提高了网络的鲁棒性. 但是这些构建的WSNs 无 能量耗尽或硬件故障引起节点失效, 从而使网络的 标度模型, 虽然保证了拓扑的容错性和节能性, 并 覆盖连通度大大降低, 甚至导致整个网络无法正常 没有优化拓扑的容侵能力. 研究表明, 无标度网络 工作. 因此保障拓扑在面临随机失效时的容错能 具有较好的容错能力, 但是面对选择性攻击却异 力, 是WSNs 实际应用中面临的重要问题12 . 无 常脆弱89 . 对于无标度网络容侵特性的研究, 主 标度拓扑结构常被用来解决WSNs 的容错问题, 但 要是对关键节点或者重要链路采用冗余备份的方 是无标度容侵能力差会直接影响到拓扑的寿命, 尤 式1011 , 然而这种方式增加了网络的复杂性. 文 其是无标度拓扑在遭受蓄意攻击时, 整个网络将处 献[12] 建立了一个参数可调的拓扑模型, 通过调节 34 参数可以兼容BA 网络模型和随机网络模型, 以此 于瘫痪 . 因此拥有较强容侵能力的无标度拓扑 对于提高WSNs 的性能具有很大的意义. 来增强拓扑的容侵性, 但是这种模型没有无标度网 目前对于WSNs 无标度拓扑的研究, 大多是 络的幂率特性, 因此就无法分析拓扑参数对网络容 在经典BA 模型(Barabási-Albert model) 5 的基础 侵性的影响. 文献[13] 构建一种具有重构机理的无 上加入更多的约束, 使得到的拓扑结构更加符 标度网络模型, 考虑随机加点、加边、去点、去边的 合WSNs 自身演化的特点. EAEM (energy-aware 特点, 通