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随着传感器技术、无线通信技术以及嵌入式计算技术的飞速发展和日益成熟,无线传感器网络在军事、环境、家居、医疗等诸多领域得到了广泛的应用。无线传感器网络一般是由大量采用电池供电的传感器节点布撒而成,布置在无人值守的野外,节点高度能量有限,同时难以更换和充电。如何在单个节点生存期有限的情况下,节省网络能量以延长整个网络系统的生存时间,是无线传感器网络设计中的一个重要挑战,而无线传感器网络拓扑控制中的节点休眠调度和分簇拓扑控制是两个比较有代表的节能手段。
无线传感器网络中的节点通常以高密度布撒,存在很多的冗余节点。节点休眠调度使部分节点进入休眠状态,并轮换工作节点,从而实现延长网络时间的目的。分簇拓扑控制将网络划分为多个类似子网的簇,在网络中形成层次结构,由一些挑选出来的簇头节点来负责簇内数据的融合和向汇聚节点的转发,能够控制簇内节点的通信,降低节点的通信能量开销。
本文将节点休眠调度算法和传感器网络分簇拓扑控制相结合,提出了一种基于分簇拓扑的节点休眠调度算法。该算法采用了一种基于Voronoi图的分布式节点冗余判断方法以判断簇内节点的冗余性,通过调度簇内冗余节点进行休眠,减少簇头的数据通信量和簇成员中工作的冗余节点个数,来降低网络的能量消耗。
其次,在基于分簇拓扑的节点休眠调度算法的基础上,考虑可能产生网络覆盖空洞,将优化后的back-off机制引入冗余节点判定方法中,改进了冗余节点的判定方法。将节点的剩余能量与邻居节点信息作为节点执行冗余性判断的权值因子,权值大的节点优先进行冗余性判断,若权值相同时,则ID较大的节点优先进行冗余性判断。
最后,从网络生命周期、存活节点数、休眠节点数等方面对算法进行了仿真分析,仿真结果表明本文提出的基于分簇拓扑的节点休眠调度算法有效地提高了网络能量利用率,延长了网络生存周期。