一种无线传感器网络最小级联移动修复方法.docx

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）是由大量传感器节点通过无线通信构成的分布式感知系统，广泛应用在军事、环境监测和灾害预防等多个领域。然而，由于它们常常部署在恶劣环境中，节点自身的能量有限，这使得传感器节点容易出现失效问题。节点失效，特别是割点的失效，会导致网络分块，丧失连通性，严重影响网络的整体功能。 针对这一问题，研究人员提出了一系列解决方案。例如，陈雯柏等提出了一种k-连通抗毁拓扑结构构建方法，以增强物联网系统的稳定性。王槐元等则通过引入中继节点来保证网络的连通性和覆盖范围。李艳艳等设计了3连通多跳控制集算法来维持网络连通性。这些方法虽然关注了节点部署和网络初始化，但未处理节点失效后的连通性修复。 节点失效后的网络修复策略中，Abbasi等人提出的DARA算法依据节点度和距离寻找候选节点进行修复，而张生凤等人利用节点移动和拓扑重构减少移动距离。不过，这些方法可能导致节点的级联移动，增加能量损耗。文献[11]和[12]则利用移动中继节点恢复网络连通性，但这要求移动节点具有较高的性能。 本文提出的最小级联移动修复（RMCM）算法着重于减少网络修复过程中总的节点移动距离，从而降低能量消耗。算法的核心是通过智能规划，最小化节点移动带来的能量损耗，以实现更有效的网络修复。通过OPNET软件进行仿真实验，证明了RMCM算法在节能和网络连通性修复方面的优越性。 系统模型方面，节点模型假设每个传感器节点拥有GPS定位能力，有唯一ID，且可以移动。节点的能量模型考虑了移动和通信两个方面，其中节点移动能量消耗与移动距离成正比，数据发送则根据传输距离分为两种损耗模式：近程的自由空间损耗和远程的衰减空间损耗。 网络模型用无向图表示，采用Prim算法优化最小生成树，以减少冗余链接，降低整体能量消耗。最小生成树构建过程中，从任意节点开始，逐步添加权重最小的边，直至包含所有节点。 RMCM算法为无线传感器网络的连通性修复提供了一种有效且节能的策略，它考虑了实际应用中节点的能量限制和网络的动态变化，为网络的稳定运行提供了保障。