● 摘要
近年来传感器技术、无线通信技术及电子技术的进步，推动了无线传感器网络技术的迅猛发展，使无线传感器向着小型，低能耗和多功能转变。无线传感器网络大多部署在极端、复杂的环境中，由大量的无线传感器节点组成，可以完成特殊任务，如环境监测，空间探测，生化检测和战场监视等。为了降低节点能耗、延长网络寿命，无线传感器网络的协议应被设计为能量高效的。此外，网络中传输的数据时间敏感度较高，因此增强数据传输的实时性也是协议设计的重要考虑因素。拓扑控制技术正是提高以上两种性能的重要手段。本文将无线传感器网络的网络寿命和网络传输时延作为拓扑控制算法设计的两个主要考虑因素，以一种具有时延意识的拓扑控制算法DATC为基础，在算法的簇头选择过程中，加入了平均节点能耗的思想，提出了三种改进型算法DATC-LB、DATC-EB、DATC-RR。这三种改进型算法保持了DATC算法构建的拓扑结构的时延意识，即通过将网络构建为2的n次幂的结构，使网络的整体传输时延仅与网络中的节点总数有关，且被以2为底的log函数限制在一个相对较小的范围内。在拓扑构建过程中，DATC-LB、DATC-EB、DATC-RR这三种算法依次根据节点与基站的距离、节点的剩余能量、节点等级轮换策略作为依据进行簇头选择，增强了网络中节点能耗的平衡性。OPNET中的仿真结果显示，DATC-LB、DATC-EB、DATC-RR三种改进算法保持了DATC算法的时延意识。MATLAB中的仿真结果显示，三种改进算法相比于DATC极大延长了网络寿命，且远远优于传统无线传感器网络拓扑控制算法LEACH。