无线传感器网络分簇拓扑控制算法

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。

无线传感器网络的自组织与分簇控制方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。

它具有自组织、自适应和自修复等特点，广泛应用于环境监测、智能交通、农业控制等领域。

在WSN中，节点之间的通信和协调是实现网络功能的关键。

自组织是WSN中的一个重要特性，指的是节点之间通过无线通信自动形成网络拓扑结构。

自组织能够提高网络的可靠性和适应性，降低网络部署和维护的成本。

在WSN中，自组织通常通过分簇控制方法实现。

分簇控制是WSN中的一种重要机制，它将节点分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇头节点（Cluster Head）负责管理。

分簇控制可以提高网络的能效和可扩展性，减少网络中的冲突和能量消耗。

下面将介绍几种常见的分簇控制方法。

一种常用的分簇控制方法是基于距离的分簇（Distance-based Clustering）。

该方法根据节点之间的距离将节点划分为不同的簇。

具体来说，节点选择离自己最近的簇头节点作为自己所属的簇。

该方法简单有效，但容易导致簇头节点负载不均衡的问题。

为了解决负载不均衡的问题，一种改进的方法是基于能量的分簇（Energy-based Clustering）。

该方法根据节点的能量水平将节点划分为不同的簇。

具体来说，能量较高的节点更有可能成为簇头节点。

该方法能够均衡地分配节点的能量负载，延长网络的寿命。

除了距离和能量，节点的位置信息也可以用于分簇控制。

一种基于位置的分簇方法是基于虚拟网格的分簇（Grid-based Clustering）。

该方法将网络空间划分为若干个虚拟网格，每个网格由一个簇头节点负责管理。

节点选择离自己所在网格中心最近的簇头节点作为自己所属的簇。

该方法能够减少节点之间的通信开销，提高网络的效率。

另一种基于位置的分簇方法是基于分布的分簇（Distribution-based Clustering）。

无线传感器网络中节点能量优化算法设计1. 简介无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分散的、无线通信的传感器节点组成的网络。

这些节点能够收集环境信息并将其发送到中心节点，经过处理后再传输到监控端。

其中，节点的功耗耗能是一个重要的问题。

本文将讨论无线传感器网络中节点能量优化算法的设计。

2. 能量优化算法的背景在传感器网络中，各个节点相互通信，从而耗用大量的电能。

一旦节点的电量耗尽，便无法继续正常工作。

由于节点往往分布在复杂或危险的环境中，节点的更换和维护并不容易，因此节点的能量优化是无线传感器网络的一个重要问题。

能量优化算法的基本思路是通过降低节点的功耗来延长节点的寿命。

同时，也可以通过合理分配节点的功耗来平衡全局的能量消耗，从而实现能量的最大化利用。

3. 常见的能量优化算法3.1. 分簇算法分簇算法是将整个传感器网络划分为若干个簇（Cluster）的算法。

每个簇有一个负责人（Cluster Head），负责接收簇内节点上传的数据，并将其传输给基站。

簇内其它节点则只需要将数据发送到簇负责人即可，有效降低了节点的功耗。

分簇算法有许多不同的实现方式，如LEACH、PEGASIS等。

这些算法的主要思想都是通过在簇内选举一个高能节点作为簇负责人，从而实现能量的最大化利用。

3.2. 路由算法路由算法是在传感器网络中动态选择最优路径的方法。

通过让节点之间协作，路由算法可以选择能量消耗最小的路径，从而降低节点的能量消耗。

常见的路由算法有Dijkstra、AODV、DSR等。

这些算法的主要思想都是通过合理的路由选择，降低节点的能量消耗并延长节点寿命。

3.3. 能量均衡算法能量均衡算法是通过调整节点之间的能量分布，实现全局能量的最大化利用。

这种算法通过平衡各个节点的能量消耗，实现了节点寿命的均衡，从而延长了整个网络的寿命。

能量均衡算法的主要思想是对节点之间的能量状态进行实时监测，通过调整节点之间的数据传输权重，降低节点的能量消耗。

无线传感器网络分簇算法研究综述郭士琪华北电力大学【摘要】由于无线传感器网络存在能量约束问题，因此如何利用现有能量资源，延长网络的生命周期是无线传感器网络技术迫切需要解决的问题。

分簇算法（ＣｌｕｓｔｅｒＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）是无线传感器网络在分层路由中的重要算法。

本文在简单介绍当前几个典型分簇算法的基础上，重点分析了簇首的形成过程，最后给出了结论和展望。

【关键词】无线传感器网络分簇算法ＬＥＡＣＨ近年来随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统等技术的飞速发展，使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器的大量生产成为可能，这些微型无线传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能，无线传感器网络就是由许多这些传感器节点协同组织起来的。

传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境中，它们之间通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。

无线传感器网络中，节点通常运行在人们无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法替换，因此如何设计有效的策略延长网络的生命周期是该种网络的核心问题。

另外，无线通信带宽窄、易受干扰的特点决定了无线传感器网络数据传输易出错、易被窃取，所以设计易安装、寿命长、容错能力强、传输安全的无线传感器网络就成了研究人员努力追求的目标。

分簇算法（ＣｌｕｓｔｅｒＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）是无线传感器网络在分层路由中的重要算法。

分簇的概念最早是在分组无线网中提出，主要是对网络中的节点进行层次划分，若干相邻节点构成一个簇，每个簇内选举一个簇首（ＣｌｕｓｔｅｒＨｅａｄｅｒ），簇首之间的连接构成上层骨干网，所有簇间通信都通过骨干网进行转发。

迄今为止，在无线自组网（ＷｉｒｅｌｅｓｓＡｄＨｏｃＮｅｔｗｏｒｋｓ）中已经提出较多的分簇算法用于实施层次路由协议，如基于节点ＩＤ的链路分簇算法、最低移动性算法等。

而无线传感器网络中的分簇算法正处于研究的阶段。

同无线自组网相比，无线传感器网络中的分簇算法更侧重于保持网络整体的能量消耗的均衡，避免出现热点问题（“ｈｏｔｓ。