柳 艷，耿 鵬，楊 潔

(南京工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)能量均衡控制

柳 艷，耿 鵬，楊 潔

(南京工程學(xué)院，江蘇南京211167)

針對(duì)基于連通支配集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造算法在狹長(zhǎng)域環(huán)境應(yīng)用中會(huì)存在能量失衡的問題，提出了狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)能量均衡控制方法。該方法基于A3、A3 Cov、EECDS和CDS Rule K等經(jīng)典拓?fù)錁?gòu)造算法，將節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)能量均衡的方法融入到上述算法之中，并對(duì)介數(shù)中心性重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了緩沖管理。在狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)布置隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)基于介數(shù)緩沖的動(dòng)態(tài)能量均衡拓?fù)淇刂扑惴ㄟM(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，該算法能夠更加充分利用節(jié)點(diǎn)能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命，提高了狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；狹長(zhǎng)域；能量均衡；介數(shù)

0 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1](Wireless Sensor Networks, WSN)是指在被探測(cè)區(qū)域中布置大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)能夠形成一個(gè)自組織無線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過無線信道和鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，以多跳方式將感應(yīng)數(shù)據(jù)傳遞到指定的集合位置(通常稱之為Sink節(jié)點(diǎn))。由于應(yīng)用環(huán)境的惡劣性和節(jié)點(diǎn)數(shù)量的龐大性，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)往往難以補(bǔ)充能量[2]，所以采取相應(yīng)的措施減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究課題。本文所關(guān)注的是從拓?fù)鋵用嫔蠈?duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化控制，以達(dá)到節(jié)約能量的目的。

從數(shù)據(jù)的完整性和有效性來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在的基本問題是：在保證網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋率的前提條件下，盡量延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。連通性和覆蓋率可以通過增加傳輸半徑、感應(yīng)半徑和節(jié)點(diǎn)密度來進(jìn)行保證，但這樣會(huì)帶來更多的能量消耗和更高的網(wǎng)絡(luò)成本[3]。一種有效的方法是網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)保證一定的節(jié)點(diǎn)密度冗余；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)利用相關(guān)機(jī)制在不影響連通性和覆蓋率的同時(shí)關(guān)閉一部分節(jié)點(diǎn)，使沒有數(shù)據(jù)收發(fā)任務(wù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行到一定階段時(shí)再將這些睡眠節(jié)點(diǎn)逐次喚醒[4-6]。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，使用較為廣泛的拓?fù)淇刂?Topology Control, TC)方法是在冗余網(wǎng)絡(luò)中尋找連通支配集(Connected Dominating Set, CDS)，再在此集合中求解最小值，以構(gòu)建虛擬骨干網(wǎng)(Virtual Backbone Network, VBN)。求解最小連通支配集本質(zhì)上是NP-hard問題[7]，無法得到精確答案，因此研究此問題的目的是在盡量平衡連通性、覆蓋率和生命周期的情況下，尋求一種近似最佳結(jié)果。文獻(xiàn)[8—11]所提出的基于連通支配集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造算法在狹長(zhǎng)域環(huán)境應(yīng)用中會(huì)存在能量失衡的問題，基于此問題，本文提出了狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)能量均衡控制方法。

1 連通支配集網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造算法

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可抽象為由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的連接邊組成，這樣便形成了由節(jié)點(diǎn)集合V和連接邊集合E組成的圖G=(V,E)，集合E中每個(gè)元素都有集合V中的兩個(gè)元素與之對(duì)應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)可描述為N=|V|，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的連接邊數(shù)可描述為M=|E|。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中連接邊的存在總是意味著一定有兩個(gè)能夠互相傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在邊的兩端，不考慮連接強(qiáng)度，并且兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間至多只有一條連接邊，節(jié)點(diǎn)本身不可以自連接，這樣就形成了無方向、無加權(quán)的簡(jiǎn)單圖，本文即是基于簡(jiǎn)單圖進(jìn)行討論。簡(jiǎn)單圖中與支配集相關(guān)的定義如下描述：

定義1 支配集與連通支配集：若圖G=(V,E)中存在D?V,?u∈VD，在D中至少存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)與u之間存在連接邊，則集合D為圖G的一個(gè)支配集?？梢钥闯觯浼膫€(gè)數(shù)往往不唯一。若D中的節(jié)點(diǎn)是連通的，則集合D為圖G的一個(gè)連通支配集。

定義2 極小支配集：若對(duì)于圖G的一個(gè)支配集D，其子集均不能成為圖G的支配集，則D為圖G的極小支配集。

定義3 最小支配集：對(duì)于圖G中的所有支配集，可以找到包含節(jié)點(diǎn)數(shù)最少的那個(gè)支配集，稱之為最小支配集。容易得到，最小支配集一定是一個(gè)極小支配集，反之不然。

定義4 獨(dú)立集：對(duì)于圖G=(V,E)中的一個(gè)集合I?V，I中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都不存在連接邊，則稱集合I為圖G的一個(gè)獨(dú)立集。

定義5 極大獨(dú)立集：對(duì)于獨(dú)立集I，若存在?v∈VI，使得I與{v}的并集不是獨(dú)立集，則稱該獨(dú)立集I為極大獨(dú)立集。

定義6 最大獨(dú)立集：對(duì)于圖G中的所有獨(dú)立集，可以找到包含節(jié)點(diǎn)數(shù)最多的那個(gè)獨(dú)立集，稱之為最大獨(dú)立集。

定義7 生成樹：對(duì)于圖G的一個(gè)子圖T，若T是一棵不含閉合路徑的連通樹，且節(jié)點(diǎn)v(T)=v(G)，則稱T是G的生成樹。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)典的基于連通支配集的拓?fù)錁?gòu)造算法有A3[8]、A3 Cov[9]、EECDS[10]和CDS Rule K[11]等。其中，A3和A3 Cov屬于基于增長(zhǎng)樹的拓?fù)錁?gòu)造算法；EECDS是基于連通獨(dú)立集的拓?fù)錁?gòu)造算法；CDS Rule K是基于剪枝的拓?fù)錁?gòu)造算法。

2 動(dòng)態(tài)能量均衡下的拓?fù)渚S護(hù)

一個(gè)完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茟?yīng)該包含拓?fù)錁?gòu)造和拓?fù)渚S護(hù)兩方面[12]。上述拓?fù)錁?gòu)造算法即是在保證網(wǎng)絡(luò)連通和覆蓋的前提下，盡量簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少能量消耗。盡管網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)簡(jiǎn)化，節(jié)點(diǎn)的能耗速度仍然不同。例如，由于所有節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)都向Sink節(jié)點(diǎn)匯集，那么距離Sink節(jié)點(diǎn)較近的普通節(jié)點(diǎn)自然承擔(dān)著更重的數(shù)據(jù)流量，能耗速度自然更快。拓?fù)渚S護(hù)的作用就是在原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即將遭到破壞時(shí)(由于某些節(jié)點(diǎn)能量的即將耗盡)轉(zhuǎn)變成一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以緩解任務(wù)較重的節(jié)點(diǎn)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的目的。正是由于最小連通支配集的不唯一性，為拓?fù)錁?gòu)造和拓?fù)渚S護(hù)的交替運(yùn)作提供了理論支持。

2.1 拓?fù)渚S護(hù)方式及其觸發(fā)條件

拓?fù)渚S護(hù)可分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和混合三種方式。為網(wǎng)絡(luò)設(shè)定一定條件的閾值，靜態(tài)拓?fù)渚S護(hù)是指在拓?fù)錁?gòu)造時(shí)預(yù)先維護(hù)不唯一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行超過閾值時(shí)，根據(jù)預(yù)先維護(hù)的、可達(dá)到閾值條件的其他拓?fù)鋪硖娲?dāng)前拓?fù)?；?dòng)態(tài)拓?fù)渚S護(hù)是指網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的任何時(shí)刻，一旦超過閾值，立即終止當(dāng)前拓?fù)?，重新?gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；混合拓?fù)渚S護(hù)是指網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行超過閾值時(shí)，先利用靜態(tài)拓?fù)渚S護(hù)機(jī)制，如果預(yù)先維護(hù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都不能替代當(dāng)前拓?fù)?，則調(diào)用動(dòng)態(tài)拓?fù)渚S護(hù)機(jī)制來重建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

常見的觸發(fā)拓?fù)渚S護(hù)的條件如下描述：

隨機(jī)拓?fù)渚S護(hù)：設(shè)定一個(gè)隨機(jī)數(shù)，拓?fù)渚S護(hù)隨機(jī)進(jìn)行。這種方法可能會(huì)給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行帶來較大不確定性。

基于失效節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渚S護(hù)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中失效節(jié)點(diǎn)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)。此方法并沒有盡量避免節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，在稀疏性網(wǎng)絡(luò)中可能導(dǎo)致覆蓋率的急劇下降。

基于節(jié)點(diǎn)密度的拓?fù)渚S護(hù)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)平均節(jié)點(diǎn)度達(dá)到一定閾值時(shí)進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)。節(jié)點(diǎn)度描述的是節(jié)點(diǎn)鄰居的個(gè)數(shù)，平均節(jié)點(diǎn)度是指所有節(jié)點(diǎn)度之和與節(jié)點(diǎn)數(shù)之比。由于節(jié)點(diǎn)度本身需要一定的計(jì)算量，此方法可能產(chǎn)生較大的額外開銷。

基于時(shí)間閾值的拓?fù)渚S護(hù)：可以在全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)時(shí)間閾值，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行到閾值時(shí)間時(shí)，即刻進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)。此方法的關(guān)鍵在于閾值大小的確定，若閾值過小，拓?fù)渲貥?gòu)的次數(shù)就會(huì)過多，給網(wǎng)絡(luò)帶來額外的開銷；若閾值過大，可能導(dǎo)致在拓?fù)渲貥?gòu)時(shí)死亡節(jié)點(diǎn)過多，影響覆蓋率。

基于能量閾值的拓?fù)渚S護(hù)：對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量設(shè)定一個(gè)閾值，網(wǎng)絡(luò)能量低于此閾值時(shí)進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)。此方法的特點(diǎn)與基于時(shí)間閾值的拓?fù)渚S護(hù)類似。

2.2 基于介數(shù)緩沖的動(dòng)態(tài)能量均衡拓?fù)渚S護(hù)

由于靜態(tài)拓?fù)渚S護(hù)會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來額外開銷，本文將采用動(dòng)態(tài)拓?fù)渚S護(hù)機(jī)制。節(jié)點(diǎn)能量的均衡利用是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的目標(biāo)，所以本文采用能量閾值作為拓?fù)渲貥?gòu)的觸發(fā)條件。將能量閾值設(shè)定為單個(gè)節(jié)點(diǎn)的10%，即當(dāng)某個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于其初始能量的10%時(shí)，重新調(diào)用拓?fù)錁?gòu)造算法。另外，本文還特別關(guān)注無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的那些注定要消耗更多能量的重要節(jié)點(diǎn)。如前所述的距離Sink節(jié)點(diǎn)較近的普通節(jié)點(diǎn)，由于其位置的重要性，無論怎么重新構(gòu)造拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這類節(jié)點(diǎn)始終需要包含在活動(dòng)節(jié)點(diǎn)之中，始終要最先耗盡能量。本文將這種重要節(jié)點(diǎn)抽象成介數(shù)中心性重要節(jié)點(diǎn)，并對(duì)之進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖處理，以延長(zhǎng)此類節(jié)點(diǎn)的壽命，從而進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)生命周期。

用經(jīng)過某節(jié)點(diǎn)的最短路徑數(shù)目來刻畫此節(jié)點(diǎn)重要性的指標(biāo)叫做介數(shù)中心性(Betweenness Centrality, BC)[13]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的介數(shù)定義為：

(1)

在不考慮節(jié)點(diǎn)計(jì)算能耗的條件下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗主要包含三大部分：發(fā)送信息產(chǎn)生的能耗、接收信息產(chǎn)生的能耗和感知信息產(chǎn)生的能耗。由于網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)均需要感知信息并發(fā)送出去，且能耗一致，所以介數(shù)中心性重要節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)的能耗區(qū)別在于接收來自其他節(jié)點(diǎn)的信息并發(fā)送出去(轉(zhuǎn)發(fā))的次數(shù)。減少介數(shù)中心性重要節(jié)點(diǎn)對(duì)信息轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，是網(wǎng)絡(luò)能量均衡的有效辦法。一種方案是移動(dòng)另一節(jié)點(diǎn)到重要節(jié)點(diǎn)處作為支援節(jié)點(diǎn)；另一種方案是重要節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)將信息暫存在緩沖區(qū)中進(jìn)行聚集，緩沖區(qū)滿后再轉(zhuǎn)發(fā)給重要節(jié)點(diǎn)。對(duì)于部署在特殊環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)往往較為困難，第二種方案是可行的。

若某節(jié)點(diǎn)的介數(shù)值大于網(wǎng)絡(luò)平均介數(shù)值，即可判定自身為重要節(jié)點(diǎn)，并可將此信息發(fā)送給鄰居節(jié)點(diǎn)。當(dāng)鄰居節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送信息給重要節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)采用緩沖并聚集的方法來減少重要節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，本文將節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)大小設(shè)置為數(shù)據(jù)包長(zhǎng)的5倍。此方案在犧牲較少數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)的情況下，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。

3 狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型

目前我國(guó)對(duì)諸如礦井和軌道內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的檢查仍然主要采用檢查車和人工巡查的方式，這種傳統(tǒng)方式在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、廣泛性、實(shí)時(shí)性和節(jié)能等方面都存在較大缺陷[14]。雖然當(dāng)前對(duì)橋梁、岔口等特定區(qū)域做了重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，但尚無面向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是解決當(dāng)前問題的最佳解決方案。

在狹長(zhǎng)區(qū)域部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了要監(jiān)測(cè)靜止的基礎(chǔ)設(shè)施之外，還要監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的穿過物。物體沿任何路徑穿過該區(qū)域時(shí)，都能夠被至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)探測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式被稱為柵欄覆蓋[15-16]。顯然對(duì)于同質(zhì)網(wǎng)絡(luò)而言，為了保證柵欄覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)N必須滿足式(2)所示的條件。其中L為目標(biāo)區(qū)域長(zhǎng)度，rs為節(jié)點(diǎn)感知半徑。

(2)

對(duì)于連通性而言，文獻(xiàn)[17]已經(jīng)證明，當(dāng)傳輸半徑rc≥rs，且目標(biāo)區(qū)域被節(jié)點(diǎn)全覆蓋，就能保證網(wǎng)絡(luò)全連通。

本文采用的網(wǎng)絡(luò)模型為：

1)狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由N個(gè)同質(zhì)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，且Sink節(jié)點(diǎn)位于域的中心位置。普通節(jié)點(diǎn)具有一定的初始能量，在數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)過程中均有能量消耗，Sink節(jié)點(diǎn)無能量限制；

2)被監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)度遠(yuǎn)大于寬度的狹長(zhǎng)帶狀區(qū)域；

3)節(jié)點(diǎn)在被監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)殡S機(jī)布局，且保證欄柵覆蓋和全連通。節(jié)點(diǎn)一旦撒下，其位置固定，不可移動(dòng)。節(jié)點(diǎn)發(fā)送1bit數(shù)據(jù)所消耗的能量為：ETxbit=Eelect+Eamp·(π·r2)；接收1 bit數(shù)據(jù)所消耗的能量為：ERxbit=Eelect。其中r為節(jié)點(diǎn)通信半徑，Eamp為發(fā)送放大器的消耗能量；

4)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的編號(hào)各不相同，節(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈路無向，且可根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)弱來判斷信息發(fā)送者的遠(yuǎn)近。

4 仿真分析

將基于介數(shù)緩沖的動(dòng)態(tài)能量均衡拓?fù)渚S護(hù)機(jī)制分別融入到A3、A3 Cov、EECDS和CDS Rule K等拓?fù)錁?gòu)造算法之中(分別命名為：BC-Based A3、BC-Based A3 Cov、BC-Based EECDS和BC-Based CDS Rule K)，在1 000 m×100 m狹長(zhǎng)帶狀區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署200個(gè)節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)分布情況如圖1所示)，對(duì)算法進(jìn)行了仿真和對(duì)比分析。仿真基于Java平臺(tái)，仿

真得到的數(shù)據(jù)在Matlab中進(jìn)行處理分析。具體仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

圖1 節(jié)點(diǎn)分布圖
Fig.1 Node distribution

本文將生命周期定義為從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行開始至與Sink節(jié)點(diǎn)存在連接的節(jié)點(diǎn)完全死亡為止。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，與Sink存在連接的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為縱坐標(biāo)，對(duì)比各個(gè)協(xié)議的生命周期情況如圖2-圖5所示?？梢钥闯?，在沒有添加基于介數(shù)緩沖的動(dòng)態(tài)能量均衡拓?fù)渚S護(hù)機(jī)制時(shí)，A3、A3 Cov、EECDS和CDS Rule K都存在活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量階躍式下降的情況。向經(jīng)典協(xié)議添加新機(jī)制之后，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)的下降趨勢(shì)得到了明顯的緩沖，證明新機(jī)制下的拓?fù)淇刂茀f(xié)議使網(wǎng)絡(luò)能量得到了很好的均衡控制，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期得到了明顯的改善。

5 結(jié)論

本文提出了狹長(zhǎng)域無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)能量均衡控制方法，該方法將節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)能量均衡的方法融入到經(jīng)典算法之中，采用能量閾值作為拓?fù)渲貥?gòu)的觸發(fā)條件，當(dāng)某個(gè)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于其初始能量的10%時(shí)，重新調(diào)用拓?fù)錁?gòu)造算法。另外，本文還分析了介數(shù)中心性節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，對(duì)介數(shù)中心性重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了緩沖管理。在狹長(zhǎng)形狀區(qū)域內(nèi)布置隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)基于介數(shù)緩沖的動(dòng)態(tài)能量均衡拓?fù)淇刂扑惴ㄟM(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，向經(jīng)典協(xié)議添加新機(jī)制之后，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)的下降趨勢(shì)得到了明顯的緩沖，證明新機(jī)制下的拓?fù)淇刂茀f(xié)議使網(wǎng)絡(luò)性能得到了明顯的改善。

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TopologyControlforWirelessSensorNetworksBasedonDynamicEnergyBalanceinNarrowRegion

LIU Yan, GENG Peng, YANG Jie

(Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)

The wireless sensor networks topology construction algorithm based on connected dominating set has the problem of energy imbalance in the application of narrow region environment. We proposed a dynamic energy balance control method for narrow region wireless sensor networks. The topology construction algorithms such as A3, A3 CoV, EECDS and CDs rule K were analyzed. We integrated the dynamic energy balance of nodes into these algorithms and the buffer management was used in the betweenness centrality important nodes. The dynamic energy balance topology control algorithm based on the betweenness buffer management was simulated and analyzed in the orbit shape region. The simulation results showed that the new algorithm could make full use of node energy, prolong the network lifetime, and improve the overall performance of the wireless sensor networks.

wireless sensor networks; narrow region; energy balance; betweenness centrality

2017-04-10

南京工程學(xué)院校級(jí)科研基金項(xiàng)目資助(QKJA201509)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(BK20160781)；江蘇省高校自然科學(xué)研究基金項(xiàng)目資助(16KJB510013)

柳艷(1980—)，女，江蘇高郵人，講師，研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。E-mail：huayiliu2000@126.com。

TP393

A

1008-1194(2017)05-0076-05