基于节点综合故障模型的无线传感器网络容错拓扑控制方法

尹荣荣 刘 彬 刘浩然 郝晓辰

(燕山大学电气工程学院 秦皇岛 066004)

1 引言

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)可以随时随地自组成网，特别适合在敌对或恶劣条件下快速组网，形成对特定目标的有效监视[1]。由于传感器节点常部署在面积广大且人迹罕至甚至危险的远程环境中，供电电池不易替换[2]，环境损坏造成的节点失效情况频繁出现[3]，所以综合关注网络节能效率和节点随机故障容忍能力的容错拓扑控制[4]是WSNs的一个重要研究课题。

目前容错拓扑控制的研究，重点集中于探索分布式算法构造具有节能特点的k连通容错网络[5]与无标度容错网络[6]，以保证节点随机失效下的网络正常运行。对于k连通容错算法，文献[7]为冗余机制能自动产生一个具备相似功能的替代方案，使网络在任意k.-1个节点同时失效状态下依然能正常工作，提出了k连通k支配集构造算法；文献[8]认为在连通支配集中节点存在功能差异，配备相同的冗余度并非必要，拓展了基于睡眠/工作调度的k连通m支配集生成算法；文献[9]联合睡眠调度和功率调整技术，给出了簇间k连通容错拓扑控制算法；这些算法均为WSNs建立了k连通最小能耗容错拓扑，但是，网络维持k连通需要耗费大量的能量资源[10]，造成仅能容忍少量随机失效节点的弊端。因此，近来少量学者从无标度网络对节点随机失效的强容错性[11,12]出发，建立适用于WSNs的无标度拓扑结构。如，陈力军等人[13]借助随机行走机制，通过改善拓扑均匀性，生成了具有无标度特征的WSNs簇间拓扑结构；……