基于分簇的无线传感器网络拓扑维护算法研究

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文档主要内容

文档类型：学术论文
适用人群：无线传感器网络研究人员、网络工程师、通信专业学生

核心内容：该论文聚焦于无线传感器网络（WSN）的拓扑控制问题，提出一种基于同心圆与象限空间划分的拓扑维护算法。WSN由大量能量受限的传感器节点组成，拓扑控制是降低能耗、延长网络寿命的关键技术，同时需保证连通性与吞吐量等性能。论文首先指出，拓扑控制的核心在于让节点自主调节传输半径、工作模式或决定是否加入网络骨干，从而在降低拓扑复杂度的同时节省能量。

算法设计：受GAF算法启发，论文假设初始网络拓扑已建立，所有节点通过同心圆和象限划分获得自身的扇区标识（sector id）与圆标识（circle id）。当某个簇头节点失效时，该簇内的其他节点会根据算法选择扇区标识和圆标识最接近的相邻簇头重新加入，从而避免因节点死亡导致的网络性能下降。该维护策略保留了原始网络的连通性，确保簇头与sink节点之间的通信不受影响，并显著延长了网络生存时间。

能量优化：论文进一步基于能量消耗模型，在簇头与sink节点之间寻找能量消耗最小的路径，重点考虑数据中继转发跳数的影响。通过该算法，网络能够在维持覆盖与连通的前提下，减少节点间的通信干扰，实现整体能耗的均衡分布。

结论与价值：实验表明，该拓扑维护算法能有效应对节点失效问题，在不牺牲网络性能的前提下降低能耗，延长生命周期。核心结论：基于同心圆和象限的空间划分方法，结合簇头失效后的就近重组策略，可维持网络原有拓扑特性，保证簇头与sink节点的连通性，网络生存时间得到显著延长。该研究为WSN拓扑控制提供了低成本、易实现的维护方案，适用于大规模部署且节点能量有限的监测场景。