论文摘要
在无线传感器网络中,传感器节点是体积微小的嵌入式设备,采用能量有限的电池供电,它的计算能力和通信能力十分有限。所以,除了要设计能量高效的MAC协议、路由协议以及应用层协议之外,还要设计优化的网络拓扑控制机制。所以,拓扑控制是传感器网络中的一个基本问题。无线传感器网络拓扑控制算法的首要任务是减少节点的能量消耗,从而延长整个网络的生存时间。而传感器节点大部分的能量消耗在无线通信模块。本文一方面从通信节能的角度,提出了两种拓扑控制算法。首先,考虑在通常情况下,无线通信的能量消耗与通信距离的三次方成正比。设计了一种选择邻居的标准,使邻居间的链接都是最小通信能耗链接,给出了一种局部构造最小通信能耗路的邻近图算法MEP（MG）。并证明了算法具有连通性和1-spanner特性。然后,考虑一般的情况:无线通信的能量消耗与通信距离的n次方成正比（2<n<4）。设计了另一种选择邻居的标准,使在一般情况下,邻居间的链接仍是最小通信能耗链接,相应地,给出了另一种局部构造最小通信能耗路的邻近图算法MCEC（MG）。并证明算法保留了连通性、稀疏性和1-spanner特性等。另一方面,针对网络的动态变化,设计了一种功率自适应的拓扑控制算法。该算法通过引进启发机制,根据网络通信节点丢包率的变化、通信中断等网络故障,进行动态调整节点的发射功率,从而动态地改变网络的拓扑结构;利用启动冗余节点,建立可靠的数据传输链路,均衡网络中骨干节点的数量,使节点的能量消耗进一步均衡、减少,从而延长整个网络的生存时间。