TopDisc算法.ppt
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1、TopDisc算法 无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)是由众多具有通信和计算能力的传感器节点用无线通信方式连接而成,节点具有低成本、低功耗、协同合作等功能。因为采用的是能量有限的电池供电,所以设计良好的拓扑控制结构能够提高路由协议和 MAC 协议的效率,为数据融合、时间同步、目标定位等提供基础保证,有利于延长整个网络的生存时间。所以,拓扑控制是无线传感器网络中的一个基本问题。传感器网络拓扑控制的主要研究的问题是:在满足网络覆盖度和连通度的前提下,通过功率控制和骨干节点的选择,剔除节点之间不必要的通信链路,形成一个数据转发的优化网络结构。传感器网络中的拓
2、扑控制按照研究方向可以分为两类:节点功率控制和层次型拓扑控制组织。目前,在节点功率控制方面主要的算法有:COMPOW 算法,LMN/LMA算法、RNG、DRNG 和 DLSS 算法。在层次拓扑控制方面主要的算法有:TopDisc算法,改进的 GAF 算法、以及 LEACH 和 HEED 算法。但是目前每种算法都有它们各自的优缺点,而且普遍存在着模型过于理想化、对网络的综合性能考虑较少。我们还需要探索更加实用的拓扑控制技术,在实际应用在也要对采用的算法加以改进,达到适合应用的目的。TopDisc算法的描述:TopDisc算法是早期成簇算法中的经典算法之一。TopDisc算法是由Deb等人提出的一
3、种基于图论中最小支配集问题的经典算法,利用颜色来描述节点状态,解决骨干网拓扑结构的形成问题。它由网络中一个节点启动并发送查询消息,查询消息携带状态信息,随着消息的传播,TopDisc算法依次为每个节点标记颜色,最后按颜色区分出簇头节点黑色节点,并反向寻找查询消息,在簇头节点之间建立通信链路,簇头节点管理自己簇内的节点。TopDisc算法中提出两种节点标记方法,分别为三色算法和四色算法。这两种方法的区别在于,四色算法中,节点多了一种深灰色状态的节点,从而使得两种算法在形成簇后的结构有所不同。四色算法能形成比三色算法更少的簇,且簇与簇之间的交叠更少;但四色算法相对于三色算法可能会形成一些孤独的黑色
4、节点,它不覆盖灰色节点。两种算法的核心思想都是利用颜色标记理论找到簇头节点;利用与传输距离成反比的延时,使得一个黑色节点(簇头节点)覆盖更大的范围。TopDisc算法继承了图论中的经典算法,是早期成簇算法中的典型代表,该算法可以在节点密集的传感器网络中快速地形成分簇结构,并在簇于簇之间建立树型关系。但是由于这种算法构建成的层次型网络的灵活性不强,重复执行算法的开销过大,且该算法没有考虑到节点的剩余能量问题。TopDisc算法改进 TopDisc算法主要是靠时延机制来实现对整个无线传感网络的划分,时延主要是依据节点间距离作为依据,因为节点之间距离直接决定的通讯能量消耗的水平,但是在实际中,网络生
5、命周期还要考虑各自节点剩余能量,为防止个别节点“早死“,剩余能量达不到标准不能作为簇首节点,另外节能也是能量均衡的前提,所以我们在延时机制中加入节点的剩余能量作为分簇权值的一部分,综合距离和节点本身的剩余能量,改进TopDisc算法分簇的权值。在原始的TopDisc 算法中,网络拓扑结构一旦确定,直到网络瘫痪,同一节点自始至终一直扮演普通节点或簇首节点中的一个角色。簇首节点由于既要发送数据,又要转发数据,所以比普通节点耗电量大,尤其是越靠近汇聚点的簇首节点转发的数据越多,电量耗费也越快,网络的使用寿命也就越低。而在改进的TopDisc 算法中,由于簇首节点的即时更换和网络拓扑结构切换,使得电能
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- TopDisc 算法
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