基于移动Agent的无线传感网络拓扑控制策略

扑 信 息储 存在 拓扑 信 息数据 库 中 ， 然后发 送 一条 确认 信息 给拓 扑发 现 Ａｇ ｎ 表 明已经收 到 信息 。 当拓 扑 ｅｔ 发 现 Ａｇ ｎ 收到 ｓｎ ｅｔ ｉｋ节点 的确认 信 息后 ， 继续进 行下 一轮 的洪泛 。拓 扑发 现阶 段如 图 １所示 。
② 分簇 阶段 。 由拓 扑发 现 Ａｇｎ 计 算 ｓ ｋ节点一 跳邻 居节 点 中剩 余能 量最 大 的一个 节点作 为下 一跳 ｅｔ ｉ ｎ 一
广西师范大学学报 ： 自然 科 学 版
第 ２ ９卷
定义 １ 设 无线 传感 网络监 测 区域用 无 向连通 图 Ｇ一 （ Ｅ） 示 ， 合 一｛ Ｐ ， ， （≤ ， ， 表 集 Ｐ ， 。… Ｐ ｝１ ≤ｎ ” 表示传 感器节 点 的个数 ） 表示 传感 器节 点 ， 集合 Ｅ 簇 首 节点集 合 。 ＸＶ 表示节 点之 间的通 信 链接 。其中 ， 假设 ｃ 为所有
１ 基 于 移 动 Ａｇ ｎ 的无 线 传 感 网络 拓 扑控 制 策 略 ｅｔ
为 了保证 在 能 耗 最少 且 用 时最少 的情 况 下 ， 发现 网络 中 的所 有 节 点 ， 移动 Ａｇ ｎ 技 术 引入 到 拓 扑 将 ｅｔ
发 现 中 ， 选 择地 派 发移 动 Ａｇｎ 进 行 拓扑 发现 ， 免 了拓 扑请 求过 多 造 成 的信 息冲 突 问题 ， 有 ｅｔ 避 有效 地 降低
信息数据Ｉ
图 １ 拓 扑 发现 阶段
Ｆｉ ． Ｔｏ ｏ ｏ ｙ ｄ ｓ ｏ ｅ ｙ ｓ ａ ｅ ｇ １ ｐ ｌｇ ｉｃ ｖ ｒ ｔ ｇ
现 Ａｇｎ 储存 的 信 息 ， ｅｔ 并将 收 集 到 的 信 息发 送 至 ｓ ｋ节 点 。 ｉ ｎ
Ｓｎ ｉｋ节点 收到 拓扑 报告 Ａｇ ｎ 传送 的拓 扑 信 息之 后 ， ｅｔ 会将 拓
图 ２ １ ０ １０节 点 随 机 部 署 ０× ０
Ｆ ｇ ２ １ ０ １ ０ ｎ ｄ ｓｒ ｎ ｏ ｄ ｐ ｏ ｍｅ ｔ ｉ ． ０ × ０ ｏ ｅ ａ ｄ ｍ ｅ ｌ ｙ ｎ
图 ３ 簇 头 分 布
Ｆｉ Ｃｌ ｓｔ ａ ｓ ｒｂｕｔｏｎ ｇ．３ ｕ ｅｒｈｅ ｄ ｄｉｔ ｉ ｉ
ｇｎ 能 够存 储拓 扑发现 Ａｇｎ 收集到 的拓 扑信 息并 负责 向 ｓ ｋ发送 报告 。 ｅｔ ｅｔ ｉ ｎ
１３ 拓 扑控 制过 程 ． 基 于 移动 Ａｇ ｎ 的 无线 传感 网络 ， ｅｔ 拓扑 发现 过 程 包括 ３个 阶段 ： 扑 发现 阶段 、 的形 成 阶段 、 的 拓 簇 簇
第 ２期
柳相楠等 ： 基于 移动 Ａｇ ｎ ｅ ｔ的无线传感 网络拓 扑控制策略
２７ １
节点 的 父节 点 （ 将其 标记 为簇 头 ）并 由该 簇头 进行 第二 次拓 扑 发 现 Ａｇｎ 洪泛 ， 到 发 现所 有 的节 点 。 并 ， ｅｔ 直 当 ｓ ｋ节 点收 到新 接 收 的拓 扑 信 息 时 ， 先 要查 看 数 据库 中的 所有 节 点 信息 ， 查是 否 有 节 点没 有 被拓 ｉ ｎ 首 检
第２卷 ９
第２ 期
广西 师范 大学 学报 ： 自然 科学 版
Ｊｕｎ ｌ ｆ ａ ｇ ｉ ｒ ｌ ｉ ｒｉ ： ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｘ Ｎｏｍａ Ｕｎｖ ｓ ｙＮａｕａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｇｕ ｅ ｔ ｅ ｉ
Ｖ ｏ１ ２９ Ｎｏ．２ ．
２ １ 年 ６月 ０１
初期 和 移动 Ａｇ ｎ 拓扑 发现 后 的节 点拓 扑情况 。拓扑 发现 前后 的仿 真效 果 图分别 如 图 ２ ３所 示 。 ｅｔ 、
成 簇 。但是 由于 这种 算法 建成 的 网络灵 活性 不强 ， 复执 行算 法 的开销 过大 ， 没有 考虑 节点 的剩余 能量 重 也
问题 。 献 ［］ 文 ５首先 根 据节 点位 置信 息或 网络连 通性 来 选择 簇头 ， 由簇 头 中的管 理信 息库 （ Ｂ ） 再 ＭＩｓ收集 拓 扑 信息 。然 而该 算法 在维 护簇 头上 产 生 了大 量 的能耗 。文 献 ［］ 过广 播 消息来 发现 网络 节 点 ， ６通 网络 节 点 由移动 节点 和静 态节 点组 成 。该算 法有 很好 的 健壮性 ， 随着 移动 节 点的增 加 ， 但 网络性 能 明显 下 降。
态等 ， 并存 储 已经 发 现 的网 络拓 扑 信 息 ； 收集 其 他 移动 Ａｇ ｎ 中 存储 的 数据 ， 在 同 一 时 间 只有 一个 Ａ— ｅｔ 且 ｇ ｎ 可 以访 问另 一个 Ａ ｅ ｔ ｅｔ ｇ ｎ 的存 储信 息 。 ② 拓扑 汇报 Ａｇ ｎ ： ｅ ｔ 当拓 扑发 现 Ａｇ ｎ 到达 网络 中任意节 点时 ， ｅｔ 由该 节点 派发到 网 络 中。 扑 汇报 Ａ 拓 —
针对 传统 拓 扑控制 方 法的 不足 ， 中提 出基于 移 动 Ａｇ ｎ［ 的无 线 传感 网络拓 扑控 制 （ 文 ｅｔ 力 ＭＡＴＣ） 策略 。
文 中包 含两类 移 动 Ａｇ ｎ ： 扑 发现 Ａｇｎ 和拓 扑汇 报 Ａｇｎ 。拓 扑发 现 Ａｇ ｎ 负责 网络 拓 扑发现 ， 扑 ｅｔ拓 ｅｔ ｅｔ ｅｔ 拓 汇报 Ａｇｎ 负责 将拓 扑信 息传送 至 ｓ ｋ节点 。采 用移动 Ａｇ ｎ 洪泛 获 取 网络拓 扑信 息的 方法 ， ｅｔ ｉ ｎ ｅｔ 每次 洪泛 均 根 据节 点剩 余 能量动 态选 择簇 头 ， 从而 降低 了网络 能耗 ， 延长 了 网络生 命期 。
要 可 以产生 一个 或 多个 ， 发 移动 Ａｇｎ 进 行 一跳邻 居 节 点 派 ｅｔ
跳 的邻居 节点上 ， 对其 所有 的邻 居节 点信 息进 行获 取 ， 包括 节 点Ｉ Ｄ号 、 点能 量 、 节 当前 状 态 等 。如 果拓 扑 发现 Ａｇ ｎ 到达 ｅｔ 的节 点 没有 被 任何 其 他拓 扑 发现 Ａｇ ｎ 访 问 ， 节 点被 标 记 ｅｔ 该
信能力 的 传感器 节 点通过 自组织形 成 的一 个多 跳无 线 网络 系统 ［。 线传 感 网络体 系结构 中 ， １无 ］ 网络 拓 扑控
制 具有 十 分重要 的意义 ［３ 目前 的大 多数 拓 扑控制 算法 未考 虑到 节 点能 量 因素 ， ｚ］ －。 算法 中存 在拓 扑 发现 请
求 过 多 ， 求 信 息时 间过 长 ， 请 消耗 过多 能量等 一 些 问题 。Ｔ ｐ ｉ ￣算 法是 由 Ｄ ｂ等 人提 出的一 种基 于 图 ｏ Ｄｓ ｃ ｅ 论 中最 小支 配集 的经典算 法 。 该算 法是 早期 成簇 算法 的代 表 ， 以使节 点 在密集 部 署的传 感器 网络 中快 速 可
拓 扑控制策略 ， 并采 用移动 Ａｇｎ 洪泛获取 网络拓 扑信 息的方法 。 ｅｔ 该方法 由 ｓ ｋ节点洪泛拓扑发现 Ａ ｅ ｔ ｉ ｎ ｇ ｎ 进 行拓扑发现 ， 由拓扑汇报 Ａｇｎ 将拓扑信息传送至 ｓｎ ｅｔ ｉｋ节点 ， 并根据节 点剩 余能量动 态选 择簇头 。仿真结果
表 明 ， 方 法 簇 头 分 布 均 匀 合 理 ， 够 有 效 节 约 网络 能 耗 。 该 能
扑发 现 Ａｇ ｎ 访 问。 ｅｔ
③成 簇稳 定 阶段 。为 确保 簇 间通信 的 稳定 ， 要进 行簇 的维 护 。当簇 头 能量 低于 某一 阈值 时 ， 重 新选 要
择簇 头 。
２ 仿 真 分 析
假 设 １０个 节 点随 机部 署在 １０ｍ×１０ｍ 的 区域 内 ， 个节 点 的初始 能 量各不 相 同 。比较 节点 部署 ０ ０ ０ 各
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．０１
基于 移动 Ａｇ ｎ 的无线传感 网络拓 扑控制策略 ｅｔ
柳相 楠 ， 陈 明 ， 国富 ， 冯 池 涛
（ 上海海洋大学 信 息学 院， 上海 ２ １ ０ ） ０３６
摘
要 ： 对 目前 无 线 传 感 网 络 拓 扑 控 制 算法 中 未 考 虑 节 点 能 耗 问题 ， 出基 于 移 动 Ａ ｅ ｔ 无 线 传 感 网 络 针 提 ｇｎ 的
为“ 已访 问” 并立 即创 建 一个 拓 扑汇 报 Ａｇ ｎ 来 收 集拓 扑 发 ， ｅｔ
拓 ｅｔ ｉ ‘ ｒ认息 ｆ居点 拓扑发 现 。此 时 ， 扑发 现 Ａｇｎ 被 洪泛 到距 离 ｓｎｋ节点 一 ） 信 邻节 请 Ｉ ｌ 求 禁现 确 点
拓搁 ： 报
拓 ｌ拓 信 Ａｎ ｌ 扑 息 扑 扑 息ｌ ｇｔ 拓 信 ｅ
维 护 阶段 。采 用 了移 动 Ａｇｎ 洪泛 获取 网络拓 扑信 息 的方法 ， ｅｔ 每次 洪 泛均根 据 节 点剩 余能量 动 态选 择簇
头。
ｌ拓扑发现 ｌｏｄ ｇ ｌ ｎ ｆｏｉ
Ｓｎ ｉｄ Ｉ ｌ 广—— ■一
① 拓 扑发 现初 期 。首 先 以 ｓ ｋ发 起 拓 扑发 现请 求 ， ｉ ｎ 并且 在 ｓｎ ｉｋ节点 注入 拓 扑发 现 Ａｇ ｎ 。拓扑 发现 Ａｇ ｎ 按情 况 需 ｅｔ ｅｔ
源自文库
④传 感器 节 点的 能量是 有 限的 ， 且节 点部 署初 期 的能 量不 完全相 同 ； ⑤每 个传 感 器节点 上都 有 移动 Ａｇｎ 运 行 的环境 。 ｅｔ
收 稿 日期 ：０ １０— ０ ２ １－５ １
基金项 目： 国家 “ ６ ” 目资助课题 （０ ７ ８３项 ２ ０ＡＡ１ Ｚ ３ ） 上海市 自然科学基金资助项 目（１ Ｒ１１ ７０ １Ｚ ４ ４ ０ ） ０２８ ； １Ｚ ４ ５ ０ ， ０ Ｒ１ １２ ０ 通 讯联系人 ： 陈明（９ ６ ）男 ， １ ６一 ， 湖南浏 阳人 ， 上海海洋大学教授 ， 博士 。Ｅ ｍａｌｍｃｅ ＠ｓ ｏ ．ｄ ．ｎ — ｉ： ｈｎ ｈ ｕ ｅ ｕ ｅ
关键词 ： 线传感网络 ； 扑控 制 ； 无 拓 移动 Ａｇｎ 洪泛 ； 余能量 ； ｅｔ 剩 簇头 中图分类号 ： ３ ３ ＴＰ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ １６ ０ （０ １ ０— ２ ５０ １ ０—６ ０ ２ １ ）２０ １ －４
无 线传 感 网络 （ ｒｌ ｓｓｎ ｏ ｅｗｏｋ Ｗ Ｓ 是 由大 量 微 型 、 ｗｉ ｅ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ， Ｎ） ｅｓ 低成 本 、 有 传 感数 据 处 理 和无 线 通 具
定义 ２ 对于 传感 器节 点 Ｐ， 存在集 合 Ｖ 一 ｛ ，。… ｍ ）且集 合中任 意一 点 ∈Ｄｉ （ ， ， 若 ， ， ｓ 声 ）则称 ｋ
集 合 ’ 节点 Ｐ的一 跳邻 居节 点 。其 中 ， 为 传感器 节点 的通 信半径 ， 所有节 点 的通信 半径相 同 。Ｄｉ 为 且 ｓ ｋ
节 点 能耗 ， 延长 网络 生命 期 。 １ １ 相关定 义 ．
首 先 作出 以下两 点 假设 ：
① 无线 传感 网络 中 所有节 点分 配 唯一 的编号 ， Ｉ 即 Ｄ信 息 ； ② 所有 节点 知道 自己的 Ｉ 信息 以及 邻居 节点 的 Ｉ 信 息 ； Ｄ Ｄ ③ 整个 网络 中存在 一个 ｓｎ ｉｋ节 点 ， ｓ ｋ节点 是托 盘 信息 的发起 节 点 ； 且 ｉ ｎ
（ ） ， 为传感 器节 点 Ｐ的通信 范 围 ， 设传 感器 节 点的通 信模 型 为 圆盘 模型 ， 是 一个 以 Ｐ为圆 心 。 假 即 以
为半 径的 圆盘 。 １ ２ 移动 Ａ ｅ ｔ 类 ． ｇｎ 种
文 中的移动 Ａｇｎ 可 以分 为两 类 ： ｅｔ 一类是 拓扑 发 现 Ａｇｎ ， ｅ ｔ一类 是拓 扑汇 报 Ａｇｎ 。 ｅｔ 拓扑 发现 Ａｇｎ ： ｓ ｋ节 点发起 拓扑 请求 信息 之后 ， ｓｎ ｅｔ在 ｉ ｎ 由 ｉｋ节 点派发 到 网络 中。 ① 拓扑 发 现 移动 Ａｇｎ 能够 获取 节 点 以及 邻 居节 点 的拓 扑信 息 ， 括节 点 Ｉ 号 、 点 能 量 、 ｅｔ 包 Ｄ 节 当前 状