基于多簇头K连通的抗毁拓扑构建方法

吴 昊，陈雯柏，2，王文凯，郝 翠

（1.北京信息科技大学 自动化学院，北京 100192；2.北京市通信与信息系统重点实验室，北京 100044）

当前，无线传感器网络（wireless sensor networks，WSNs）广泛应用于社会各领域［1－2］。当处于复杂、对抗和恶劣的网络环境中时，系统拓扑结构的抗毁性和可靠性是无线传感器节点成功完成任务的关键［3－4］。人为打击、能量耗尽以及恶劣的感知环境等因素，将直接或间接导致无线传感器节点的失效，进而致使WSNs系统拓扑结构分割，降低WSNs系统的性能，进而导致感知任务失败［5］。

为增强WSNs系统拓扑结构抗毁性，Yin等［6］基于WSNs无标度拓扑展开研究，得到度分布指数和幂律系数与WSNs容错性能正相关这一结论。李雅倩等［7］利用概率母函数法求解WSNs无标度拓扑级联失效的临界负载值。但这种平面型网络拓扑结构缺乏灵活性，在网络中会存在大量冗余链接，加大整个WSNs系统的通信负载量，使得WSNs的能量消耗加剧，从而缩短网络的整体生存周期。相对而言，层次型网络拓扑结构可有效对节点进行分层管理，减少节点通信能耗，并且网络可扩展性较好。近年来，基于分簇机制的层次型拓扑控制成为研究热点。Dasgupta等［8］提出一种基于分簇的启发式算法使网络存活时间最大化。常铁原等［9］通过平衡簇内节点通信与簇间节点通信的能耗，使用副簇头进行中继转发延长网络寿命。周远林等［10］提出一种基于演化博弈论的无线传感器网络节能分簇路由算法，均衡节点间能耗，有效延长网络生命周期。但这些算法大多只是针对网络能量消耗进行优化以延长网络寿命，并未考虑节点失效的情况。……