可充電無線傳感器網絡動態拓撲的分析

王慧英 高善坤 張雙雙

摘 要 對不同時刻不同傳感器節點，還有無線能量補給需要遵循的約束條件進行了分析，通過分析得到了多狀態線性規劃問題。然后對此優化問題進行求解，最終獲得無限能量補給等。對比之前的研究結果，優化目標得到了有20%以上的提高。

【關鍵詞】可充電無線傳感器網絡 動態拓撲 動態路由

無線傳感器網絡的出現，為有關領域諸如資源保護、環境管理等，在技術設備和信息上提供了更好的平臺。本文主要在以往研究的基礎長，分析可充電無線傳感器網絡動態拓撲，旨在讓其實現長時間工作的目標得到最優解。

1 可充電無線傳感器網絡的動態拓撲研究的創新

（1）本文提出了可充電無線傳感器網絡中的動態拓撲工作方式。因為在向設備進行能量補給的過程中，無線能量補給需要對網絡中全部的傳感器節點進行造訪，因此在子網絡當中因為這個節點是以簇頭的形式存在的，因此可以這樣說，網絡的特性存在動態拓撲。

（2）在本文中，對于數據的接收本文除了固定的基站外，無線能量補給同樣能夠對傳感器節點的信息進行收集。

因為對于網絡當中相對于的簇頭節點，每個傳感器節點均會有對應，這就造成所遵循的條件會受到約束，因此，在進行模型優化的建立過程中，需要對所受到約束的條件進行充分的考慮，而這就會增加了建立模型優化的難度。按照此在網絡中動態拓撲工作的形式，然后切實的建立起相適應額優化模型，同時將其問題轉化為線性規劃，最后得到求解。仿真結果表明，相對比僅進行能量補給而言，無線傳感器網絡無線能量補給在動態拓撲方式下工作的效率有著明顯的提高。

2 問題描述及優化問題初步建模

2.1 能量補給階段

初始能量補給主要是指在布設無線傳感器網絡完成之后，全部傳感器節點對能量補給第一次接受的階段；一般能量進行補給的階段。 一般能量進行補給的階段主要是由數據采集周期組成的，此周期一般情況下需要滿足以下各個條件。

（1）在任意一個能量補給的周期內，在電量上任意一個傳感器節點要大于Emin，同時也不能夠大于Emax。

（2）相對于每個傳感器上的節點來說，在一段時間內曲線變化過程中，其任意兩個的一般能量補給均一樣。

在第一個條件中，對一般能量補給提出要求，要求其不管是在任何傳感器節點的電量時，都能夠對其的正常工作進行維持，于此同時，也能夠讓過充電操作的發生得到了限制。本文主要對無線傳感器網絡中的傳感器節點進行討論，并為其的工作設計相適應的方案，而這就需要借助條件2限制無線傳感器節點。

2.2 一般能量補給周期模型

由于無線傳感器材網絡中各個設備工作方案的建立，是在進行一般能量補給的周期之內，因此在這里僅對一般能量補給周期進行討論。將一般能量補給周期的長度設為τ，那么這個時候的一般能量補給開始的周期就是τ，周期結束時間為2τ；i∈N（傳感器節點）借助監測環境，然后最終數據的速率產生記為Ribit/s；傳感器節點i在t（t∈{τ，2τ}時刻，將會從其他傳感器節點上進行數據的接收。通過建立的模型分析發現，如果要全部實施能量補給的方法，即要保證傳感器節點在每次充電完成之后，能量能夠達到Emax，對OPT-1最優目標函數值不發生改變問題進行優化。然后再通過約束條件進行黃鉆花，最終得到新的優化問題OPT-2。

3 模型分析和優化問題

3.1 分析優化模型

上述中得到了優化問題OPT-2。首先對約束條件的個數進行優化。如果有N個傳感器節點在無線傳感器網絡當中，那自然而然約束條件相對應的也就有N個約束等式。其次，上述的模型并不是一個線性規劃模型，因為有非常多的積分項在其約束條件中。基于此，要想對此優化問題進行最優解是非常難的。

3.2 在不同的狀態下不同節點需要遵照的約束條件和優化問題OPT-3

根據上述可知，對OPT-2約束條件的問題進行優化，是因為其中有非常多的積分項，這是造成此優化問題非線性出現的一個主要原因。為了能夠讓這一因素得到徹底的消除，就需要對其的工作狀態進行分析。因此可以 通過對比例項等進行消除，然后達到對問題進行優化的目的，并且讓此優化問題轉化為線性規劃問題。在求出最優解之后，借助逆運算，然后就 能夠得到OPT-5中相應優化變量的值。

4 優化問題OPT-5的模型復雜度的分析

對問題OPT-5中約束條件的復雜度進行計算并且優化。具體如表1所示。

根據分析可知，無線傳感器網絡如果處于的階段不同 ，那所采用的數據路由也是不同的；傳感器節點在接受能量補給的過程中，傳感器節點就會在數據傳輸業務上承擔的更多，傳感器節點作為簇頭并不是一成不變的，同理子網的劃分也并不是不發生改變的，因此這就說名有動態拓撲結構在無線傳感器網絡中存在。

5 結束語

在以往研究成果的研究 中，對可充電無線傳感器網絡的動態拓撲問題進行了分析。通過本文的分析和研究發現，優化目標在動態網絡拓撲結構下的動態數據路下，得到了有20%以上的提高。

參考文獻

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作者單位

商丘工學院 河南省商丘市 476000