基于A1优化的无线传感网拓扑构建方法的研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于A1优化的无线传感网拓扑构建方法的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要
针对在无线传感器网络下的A1拓扑结构模型中存在的问题，进行了改进。综合考虑了节点的负载均衡，剩余能量等因素。通过节点剩余能量和节点的度的乘积，作为选取节点的标准。该方法使用较小的数据包来传递消息，且每个节点只传递一次来形成拓扑结构，从而减少能量开销。
【关键词】拓扑构建 A1拓扑控制算法 负载均衡 节能
无线传感网是由部署在监测区域内的大量能量有限的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络。无线传感网在灾害预警、环境监测、战场生存和交通监测等领域得到了广泛应用。
拓扑构造研究不仅仅在于使节点能十分有效地节省能量， 从而延长网络的生存时间，还对减小通信干扰、增大网络容量、提高MAC 协议和路由协议的效率等具有重要的意义。
1 相关工作
无线传感器网络拓扑构造按照研究方向可以分为两类：节点功率控制和层次型拓扑结构构建。
功率控制的基本思想是通过降低节点的发射功率来降低网络的功耗。包括COMPOW算法命所有的传感器节点使用一致的发射功率，在保证网络连通的前提下，将功率最小化。在节点分布均匀的情况下，COMPOW具有较好的性能。在节点分布不均的情况下，它的缺陷是明显的。
层次型拓扑构建算法基本思想是通过构建层次型拓扑结构如簇，联通支配集等来构造无线传感网的拓扑结构，该算法包括TopDisc算法，HEED分簇算法。TopDisc算法是基于最小支配集的经典算法，它是由网络中的一个节点启动发送用于发现邻居的查询消息，随着查询消息在网络中的传播，依次为每个节点标记颜色，最后根据节点颜色区分出簇头和簇成员节点。该算法分为三色算法和四色算法。但是该算法没有考虑节点的能量和节点的度数问题。HEED算法使用主、次两个参数，将能耗平均分布到整个网络。其中，主参数依赖与节点的剩余能量，节点根据主参数随机选取初始簇头集合，具有较多剩余能量的节点将有较大机会暂时成为簇头；次参数依赖与簇内通信代价。
A1算法具有构建方式简单，形成拓扑结构迅速等特点，但是该算法没有考虑到节点的剩余能量，节点的度对于拓扑构建的影响。本文提出基于A1的优化的拓扑构建算法，该算法具有节能，构造过程简单等优点。
2.1 概念定义
定义 睡眠时间Ti ： 节点i的睡眠时间Ti表示为：
其中 ki代表节点i周围邻居的个数。Ei代表节点i的剩余能量。
2.2 发现信息描述
由于在拓扑构建初始阶段，需要用到发现信息来发现周围邻居来形成拓扑结构。所以发现信息的大小以及发现信息发送的频率决定了拓扑构建算法的能耗。所以，以尽量小的发现信息和尽量小的发送频率来构造拓扑结构可以很好的减少能量开支。达到节能的目的
本文采用长为25字节的发现信息来构造拓扑结构，且每个节点只发送一次。信息内容包括本节点的ID，父节点的ID。
2.3 算法描述
第一步：Sink节点广播发现信息开始拓扑构造。
第二步：某一节点收到发现信息后，将自己的父节点设为发现信息中的节点ID。该节点计算睡眠时间Ti，并进入睡眠。
第三步：该节点睡眠完成后，继续发送发现信息。重复第二，三步，知道所有节点都已加入到该拓扑结构中。
2.4 流程图
如图1所示。
3 结语
本文针对无线传感器网络的A1拓扑结构模型中存在的问题，进行了改进，提出了A1优化算法，该算法综合考虑了节点的剩余能量和节点的度。并采用长度小的发现信息，低发送频率来构造拓扑结构。该算法具有简单，节能的优点，适用于大规模自组织的无线传感网。
参考文献
[1] 张文彬，杨孝宗.改进的路由协议BLOCKING-COMPOW[J].计算机工程与应用， 2012.
[2] Topology Algorithm Research Based on Energy and Power Control for TopDisc Algorithm Xin Xie ；Sch.of Inf. Eng.，East China Jiaotong Univ.， Nanchang，China；Heng Zhang Computer Modeling and Simulation，2010.
[3] 李鑫，张霞，于宏毅.一种基于HEED的自适应负载均衡分群算法[J].计算机工程，2012.
[4] Sajjad Rizvi a，HassaanKhaliqQureshi a，b，n，SyedAliKhayam a， VeselinRakocevic b，Muttukrishnan Rajarajan A1：An energy efficient topology control algorithm for connected area coverage in wireless sensor networks.Journal of Network and Computer Applications，2012（35） 597605.
作者单位
辽宁大学信息学院 辽宁省沈阳市 110036