无线传感器网络分簇拓扑控制算法

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无线传感器网络节点调度优化分簇算法研究

ｔｎｏｅｎａｏｅｈｏｇｃｄｕｉｇｍｅｈｄｏｌｍｐｏｄｅｆｃｉｅｙｒｄｃｈｅｎｉｆｒｄｕｄｎｔｎｄｓｔｒｕｈｓｈｅｌｎｔｏｆｃｕｓｃｕｌｆｅｔｖｌｅｕｅｔｕｍｂｒｏｒ — ｏｅｉｈｅｎｅｗｏｋｏｅｆｗｏｋｎｄｎｔｔｒａｄｓｖｄｐｅｏｎｆｎｔｒｎｒｙｎａｅｒｒｕｄｏｅｗｏｋｅｅｇ．Ｔｈｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｏｈａｏａｉｇｗｉｔｒｃｕｓｅｎｇａｇｒｔｗｉｕｔｃｎ— ｉｌｔｏｅｕｔｈｗｓｔｔｃｍｐｒｎｔｏｈｅｌｔｒｌｏｉｈｉｈｍｔｈｏｏｓｄｒｎｇｏｉｌｓｈｄｉｆｒｄｕｄａｔｎｄｓ，ｔｌｏｉｈｅｆｃｉｅｙｉｒｖｓｔｎｒｙｕｔｉａｉｎｏｈｅｗｏｋａｉｅｉｐｔｍａｃｅｕｌｎｇｏｅｎｎｏｅｈｅａｇｒｔｍｆｅｔｖｌｍｐｏｅｈｅｅｅｇｉｚｔｏｆｔｅｎｔｒｎｄｌ
无线传感器网络（Ｎ由部署在检测区域内大量的廉价ＷＳ）
微型传感器节点组成，过无线通信方式形成一个多跳的自组通
有较大的概率暂时成为簇头；次参数依赖于簇内节点的通信代
价。虽然改进算法更加有效地节约了网络能耗和延长了网络
ｓｈｄｌｇｆｉｌｓｓｎｏｅｏｋ（ＡＳ，ｎｗｉｅｏｋｓｒｉｕｌｙｗｓｎｔｎｃ —ｏｎｎｎｅｔｉａｃｅｕｉｒｒｅｅｓｒｔｒｓＣＮ）ｉｈｃｎｔｒｅｖｅｑａｉａｏｋｏｋｄｗ，ａｄｕｄｒｈｓｕ — ｎｏｗｅｓｎｗｈｗｃｔｅｔ

第6.1讲无线传感器网络技术-拓扑控制

无线传感器网络——拓扑控制主讲:何丽莉3拓扑控制z没有明确的对应层次z部署于介质访问控制层(MAC)和路由层(ROUTING)之间z 为路由提供连通的网络z从MAC 层获得邻居消息，以维护生成的拓扑4网络拓扑结构控制与优化的意义1.影响整个网络的生存时间2.减小节点间通信干扰3.为路由协议提供基础4.影响数据融合5.弥补节点失效的影响拓扑控制平面网络–所有节点具有相同的角色功率控制z骨干网节点彼此是连通的z每个节点都有一个骨干网节点控制z只使用骨干网节点之间的，以及骨干网节点和受控节点之间的链路8z每个节点仅属于一个簇z除了起簇间桥梁作用的点z簇头节点形成一个控制集，彼此独立z关键：簇头的确定z原始图G和化简后的图径长度的最大增长z能量扩展因子（z最高效路径上消耗的能量的最大增长12拓扑控制算法的评价准则-续z 吞吐量（Throughput ）z 化简后的拓扑结构应该能够支持与原始网络相似的通信量z鲁棒性（Robustness ）z 拓扑变化时需要的调整尽量少z 算法总开销（Algorithm overhead )z 计算量小13平面网络中的拓扑控制——功率控制z 也称功率分配问题z 节点通过设置或者动态调整发射功率，在保证网络连通的基础上，使得网络能耗最小，以延长整个网络的生存时间。

z NP 难问题z 一般的解决方案都是寻找近似解法。

14基于节点度的算法z节点度z 所有距离该节点一跳的邻居节点的数目z 主要思想z 给定节点度的上限和下限需求，动态调整节点的发射功率，使得节点的度数落在给定区间z 典型算法z 本地平均算法Local Mean Algorithm, LMA z 本地邻居平均算法Local Mean of Neighbors algorithm, LMN15本地平均算法LMA1.所有节点以相同发射功率工作，所有节点定期广播LifeMsg (ID)；2.接收到LifeMsg 消息的节点，向ID 标识的节点发送LifeAckMsg 消息；3.利用收到的LifeAckMsg 消息，统计自己的邻居节点数目NodeResp ；4.如果NodeResp 小于邻居数下限，则下一轮发送中增大发射功率；否则，如果NodeResp 大于邻居数上限，则下一轮发送中减小发射功率。

无线传感器网络的节能分布式分簇算法

ｆｒＷｉｅｅｓＳｎｏｔｒｏｒｌｓｅｓｒＮｅｗｏｋ
Ｑｉｇｙｎ，ＵＪ－ｕ，Ｉｎ－ｉｇＹｉｏＷＡＮＮａ－ａＹｇＧｎｎｎ
（ｃｏｌｆＣｏｕｔｒＳｉｎｅＱｕｕＮｏｍａｉｅｓｔ，ｚａ７８６Ｃｈｎ）Ｓｈｏｍｐｅｃｅｃ，ｆｒｌＵｎｖｒｉＲｉｈｏ２６２，ｉａｏｙ
中图分类号：Ｐ９Ｔ３３
无线传感器网络的节能分布式分簇算法
齐迎迎，禹继国，王楠楠
（阜师范大学计算机科学学院，山东日照２６２）曲７８６
摘
要：针对无线传感器网络的异构特性，提出一种能量有效的分布式分簇算法ＥＤＥＣ。预先选择剩余能量较多的节点作为竞争簇头的候
Ｄ０Ｉ１．９９．ｓ．００３２．１．３００：０３６／ｉｎ１０ —４８００．ｊｓ２１３
１概述
无线传感器网络由大量体积小、本低、具有有限存储、成
广泛的研究，提出了大量分布式的分簇协议，取得了大量优
秀的研究成果。
计算、无线通信能力和感知能力的传感器节点组成。传感器节点通常是由电池供电的，能量有限且往往不能再次补充。如何合理利用传感器节点有限的能量延长网络寿命是传感器网络协议设计所面临的首要问题。分簇被证明为解决这一问题的有效机制。在分簇的无线传感器网络中，节点被划分为多个组，每个组称为一个簇。簇中的节点分为簇头节点和簇成员节点。成员节点收集环境中的数据后发送给相应的簇头

一种基于地理位置的无线传感器网络分簇路由算法

二、算法描述
１、网络模型及网格划分网络模型具有以下特征：（网络内节点处于平面区域，相互之间没有通信障碍，且节点位置是１）
固定的。
（本网络设立两个基站（ａｅＳａｉＢＳ，别位于网络覆盖区域边界２）Ｂｓｔｔｎ，）分ｏ两端，且两个基站之间距离已知，如图１示，Ｂ所Ｓ能量不受限制。
怵
ｃｎ
与系统
法估计节点之间的距离。通信能耗符合自由空间通信模型：Ｅ＝ｓ。ｄｐ其中，ｓ～电路放大系数；。ｄ两个通信节点的距离。一ｔ、１位置计算各自的区域Ｉ号（ｅｉｎＩ）ＤＲｇｏＤ，所有区域Ｉ号相同Ｄ的节点构成一个簇，如图１示。例如，区域Ｉ号１１表所Ｄ４２示以Ｂ１为基准第ｌ第４列的网格，时也是以Ｂ２为基Ｓ行同Ｓ准第１行第２列的网格。在选择簇头时，ＥＣ协议的办法是：每个节点选择ＬＡＨ［，］间的一随机数，如果选定的值小于某个阀值，，０１之个１）则该节点成为簇头。）达式为：表
（网络中节点具有同等功能，能够进行数据融合。采用接收信号强度（ｅｅｅｇａＳｅｇ，Ｓ２３）ＲｃｉｄｉｌｔｎｔＲＳ【ｖＳｎｒｈ１Ｊ
２０２Ｓｅｎｏｒｏ０１０．ｓＷｄ

无线传感器网络中能量有效的加权分簇算法

少数据发送量，从而节省自身和簇内成员节点能量、延长网络的生命周期。另外，些路由算法就足在分簇的框架上有进行的，如低能量自适应按层分簇（ＥＣｊＰＧＳＳＬＡＨ），ＥＡＩ协议等，这样，能方便对网络的拓扑结构进行管理，降低网络的复杂度
ＡｓａｔｎｗｒｅｓｓｎｏｅｏｋＷＳｓｓｎｏｒｓｒｕｌｉｄｂｕｈｒｓｕｃｓｅｅｙｂｔｃ：Ｉｉｌｅｓｒｎｔｒｓ（Ｎ）ｅｓｒａｅｅｏｓｉｔｙｓｃｅｏｒｅａｎｒ，ｒｅｓｗｓｉｍｅｇ
ｃｎｌｓｏｈｔｔｅＥＥＷＣＡｉｎｅｆｃｉｅａｇｒｔｍ．ｏｃｕｉｎｔａｈｓａｆｅｔｖ＇ｏｉｈｌ
Ｋｅｏｄ：ｗｒｌｓｓｎｏｎｔｏｋ（Ｎ）ｃｓｒｇｅｅｇｙｗｒｓｉｅｅｓｒｅｒｓＷＳｓ；ｌｔｉ；ｎｒｅｓｗｕｅｎｙ
ｃｕｔｒｇａｇｒｔｍｓｏｏｅＳｅｅｇｎｅｒｅｓａａｙｅｔｅｏｅｎｒｙｅｆｉｎｉｈｅｌｓｅｎｌｓｅｉｌｏｉｎｈｆｎｄ ’ ｎｒｙａｄｄｇｅｓｉｎｌｓｄ，ｈｎａｎｖｌｅｅｇ — ｆｃｅｔｉｗｅｇｔｄｃｕｔｒｇｉ
核心问题。在这个自组织过程中，先也是极为重要的一首
朱光辉，张修如，刘卫彪
（南大学信４０７）中湖１０５
摘
要：针对无线传感器网络中节点受到能量和带宽等资源严格制约的问题，通过分簇可以使网络中节

基于区域的无线传感器网络分簇组播路由算法

潘貌，罗娟，小坚，李李仁发
ＰＮＭａ，ＵｕｎＬｉｏｊｎＬｅ —ａＡｏＬＯＪａ，ＩＸａ－ｉ，ＩＲｎｆａ
湖南大学计算机与通信学院，长沙４０７１０６
ＳｈｏｆＣｍｐｔｒａｄＣｍｍｕｉａｉｎ，ｎｎＵｎｖｒｉ，ａｇｈ１０６，ｈｎｃｏｌｏｏｕｅｎｏｎｃｔｏＨｕａｉｅｓｔＣｈｎｓａ４０７Ｃｉａｙ
ＰＮＭａ，ＵＪａＬｉｏｊｎｅａ．ｕｔａｔｒｕｎｌｏｉｍｎｗｒｌｓｓｎｏｅｗｒｓｂｓｄｒｇｏｎｌ — ＡｏＬＯｕｎ，ＩＸａ－ｉ，ｔ１ｌｃｓｏｔｇａｇｒｈｉｉｅｓｅｓｒｎｔｏｋａｅｅｉｎａｄｃｎａＭｉｉｔｅｓ
ｏｈｃｓｇｏｐｆｍｕｉａｔｒｕｍｅｅｈｐｔｕｔｃｎｐｏｉｅｇｏｅｆｒｎｅｔｒｕｍｂｒｔｏｏｔｉｒｌｓｅｓｒｎｔｏｋ．ｍｂｒｉ，ｈｓｉａｒｖｄｏｄｐｒｍａｃｏｇｏｐｍｅｅｓｗｉｌｗｃｓｎｗｉｅｓｓｎｏｅｗｒｓｓｏｈｅ
ｃｓｒｅｃｏｄｎｏｔｅｃａａｔｒｓｃｆｔｅｌｔｏｎｒｙｎｌｋｂｎｗｄｈｎｉｌｓｓｎｏｅｗｏｋｎｈｏａｉｎａｔｔａｃｒｉｇｔｈｈｒｃｅｔｏｈｉｆｅｅｇａｄｉａｄｉｔｉｗｒｅｓｅｓｒｎｔｒｓａｄｔｅｌｃｔｓｅｉｉｍｉｎｅｏ

基于分簇的无线传感器网络路由算法

３叶技２０１３年第２６卷第６期
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｊｕｎｅ．１５．２０１３
基于分簇的无线传感器网络路由算法
付菁波
（１．西安电子科技大学研究生院，陕西西安７１００７１；２．杨凌职业技术学院文理学院，陕西杨凌７１２１００）
ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｂａｓｅｄｏｎｃｌｕｓｔｅｉｒｎｇｉｎＷＳＮｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｎｅｒｇｙｄｉｓｔｉｂｒｕｔｉｏｎ．
环境监测、农业科技和医疗卫生等领域。
究者们提出的多种分层协议都是建立在ＬＥＡＣＨ协议的基础上。该协议分为簇的建立阶段和稳定传输阶
段。在簇建立阶段，簇首随机产生，具体选择方法是传感器节点在０和１之间产生一个随机数，如果该值小于设定的阈值，则该节点就宣布成为簇首。其中阈值是没有考虑其他因素随机产生的，没有优化簇首的数量，并且当网络运行一段时间后就会出现簇首分布不均、个别节点由于能耗过大而出现失效等现象。在稳定传输阶段，簇首收集簇成员数据，聚合后直接将结果发送给ｓｉｎｋ。这里簇首与ｓｉｎｋ直接通信，对簇首

无线传感器网络分簇算法的仿真研究

２ＣｌｇｆｈｍｓｙａｄＣｅｃｌｎｉｅｎ，ｉｉａｎｖｒｔ，ｉｈｒｅｏｇａｇ１１０，ｈｎ）．ｏｅｅｏｅｉｒｎｈｍｉｇｅｒｇＱｑｈｒＵｉｓｙＱｑａｉｎｊｎ６０６ＣｉｌＣｔａＥｎｉｅｉｉＨｌｉａ
区中通过免疫记忆粒子群算法选取簇头，使簇头具有高能量、负载能力强的优点。仿真结果表明，算法不仅在能量有效性、
负载均衡性方面有良的效果，好而且延长网络生命周期和缩短建簇时间。因此，该算法在解决无线传感器网络节点不均衡
问题上具有一定的实用性。
Ｌｉ，ＩｉｎｈｎＨＥＰｎＩＨｕＬＵＪａ－ｏｇ，ｅｇ
（．ｏｅｅｏｏｍｕｉｔｎａｄＥｅｔｎｃＥｇｎｅｎ，ｉｉａＵｉｒｔ，ｉｈｒｅｏｇｉｇ１１０，ｈｎ；１ＣｌｇｆｍｎｃｉｎｌｒｉｎｉｅｒｇＱｑｒｎｖｓｙＱｑａｉｎｊｎ６０６ＣｉａｌＣａｏｃｏｉｈｅｉｉＨｌａ
●
第２卷第５８期
文章编号：０６９４（０１０ — １２０１０ — ３８２１）５０２－４
计
算
机
仿
真
２１年５０１月
无线传感器网络分簇算法的仿真研究
李会刘剑虹何，，鹏
（．齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，１黑龙江齐齐哈尔１１０；．６０６２齐齐哈尔大学化工学院，黑龙江齐齐哈尔１１０）６０６

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关键词：无线传感器网络；分簇；能量消耗；双簇首能量均衡中图分类号：ＴＰ３０１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－９７８７（２０１４）Ｏ３＿ｏ１４３－０３

Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｔｏｐｏｌｏｇｙｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｒｏｕｇｈｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｌａｓｓｉｃａｌｇｏｉｔｒｈｍｓｏｆＨＥＥＤｎｄａＥＥＵＣ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｒｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ
ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ
ＬＯＮＧＺｈａｏ — ｈｕａ，ＣＨＥＮＤａｎ — ｄａｎ，ＪＩＡＮＧＧｕｉ — ｑｕａｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｉｃｎａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）
ａｎｄｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｃｌｕｓｔｅｉｒｎｇｔｏｐｏｌｏｇｙｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｉｒｔｈｍｓｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮｓ）ｎａｍｅｄＤＣＨＥＢ
ｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗｓｃｈｅｍｅｆｏｒｃｌｕｓｔｅｒｄｉｖｉｄｉｎｇ，ｂｙｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅ．ＷＳＮｓｃａｎｂｅｒｅａｓｏｎａｂｌｙｃｌｕｓｔｅｒｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｎｏｄｅｉＳｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｒｉｇｈｔｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍａｋｅｅａｃｈｃｌｕｓｔｅｒｎｏｄｅｓｉｓｒｏｕｇｈｌｙｔｈｅｓａｍｅｉｎＷＳＮｓ，ＳＯａｓｔｏａｖｏｉｄｅｄｇｅｎｏｄｅｗｉｔｈｉｎｃｌｕｓｔｅｒｔｏｐｒｅｍａｔｕｒｅｄｅａｔｈ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｌｇｏｉｔｒｈｍｉｓｖｅｒｉｉｆｅｄｔｈａｔｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃｌａａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｏｌｓｈａｖｅｖｅｒｙｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｏｎｒｅｄｕｃｉｎｇｅｎｅｒｙｇｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｎｄａｐｒｏｌｏｎｇｓｕｒｖｉｖａｌｔｉｍｅｏｆＷＳＮｓ．
（重庆邮电大学计算机科学与技术学院，重庆４０００６５）摘要：通过对经典的分簇算法ＨＥＥＤ和ＥＥＵＣ进行研究与分析，对它们不足之处进行了改进，提出了一
种新的基于双簇首节能的无线传感器网络分簇拓扑控制算法，即ＤＣＨＥＢ算法。该算法提出了一种新的簇划分方案，通过此方案可以对无线传感器网络进行合理分簇，使得簇首节点位于合适的位置上，平均了各个簇的节点个数，可以避免簇内的边缘节点过早死亡。最后通过理论分析和仿真工具验证了该算法对减少无线传感器网络的能量消耗和延长其生存时间有很好的作用。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮｓ）；ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ；ｅｎｅｒｙｇｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｄｏｕｂｌｅｃｌｕｓｔｅｒｈｅａｄｅｎｅｒｙｇ
２０１４年第３３卷第３期
传感器与微系统（ＴｍｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
１４３
无线传感器网络分簇拓扑控制算法
龙昭华，陈丹丹，蒋贵全