薯霎弘渊一㈣
基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
董姜颖
（辽宁大学信息学院辽宁沈阳１１００３６）
摘要：将小世界理论引入无线传感器网络，提出一种基于小世界的无线传感器网络拓扑结构，并针对网络寿命与层次型拓扑结构进行仿真比较，实验表明，基ｊ：小世界的无线传感器网络拓扑结构能够减少网络能耗，延长网络生存时间。
关键词：小世界；无线传感器网络；拓扑
中图分类号；ＴＰ３９３文献标识码：＾文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０４２００７４－－０１
０引青每个普通节点。Ｓｔｅｐ６：普通节点将本簇超级节点序号ｘ保存在自己的缓存小世界理论来源于１９６７年，美国哈佛大学的社会心理学家中用于发送信息。
Ｓｔａｒｔｌｅ州ｉｌｇｒａｍ提出了“六度分隔”（ＳｉｘＤｅｇｒｅｅｓｏｆＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）的理
论，即人可以通过“朋友的朋友”进行相互联系，最多只要经过六次转达
即可实现。１９９８年，为了描述从规则嘲络到随机网络的过渡，Ｗａｔｔｓ和ｏ普通节点Ｓｔｒｏｇａｔｚ（ｗｓ）提出了小世界（ＳｍａｌｌＷｏｒｌｄ）［１］的观点。并介绍了一种
小世界模型，即ＷＳ，ｂ世界模型。研究发现。小世界列络普遍存在于实际网●超级节点络之中。一短链接
对于自组织的无线传感器网络而言，网络拓扑控制对网络性能影响很・—－－长链接
大，良好的拓扑结构能够提高路由协议和ＭＡＣ协议，为数据融合、时间同步
和目标定位等多方面提供基础，有利于延长整个网络乍存时间［２］。
本文基于小世界的理论，提出一种基于小世界的无线传感器网络拓扑图１基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
结构，该拓扑结构明显提高了网络传输效率，降低了网络能耗，延长了网３仿真实验
络寿命。为了验证基于小世界的无线传感器网络拓扑结构的优越性，通过仿真
１ＷＳ小世界模曩实验比较了该拓扑结构和层次型拓扑结构下的网络寿命。
研究表明，许多社会网络、生物网络和技术网络介于随机网络和规则基于小世界的无线传感器网络拓扑结构实验参数：节点均匀分布分布网络之间，具有具有较大的平均路径长度，而且具有较高的聚集系数。在ｌＯｍＸｌＯｍ的区域中，普通节点个数为５０个；超级节点数为２０个，固定分１９９８年，Ｗａｔｔｓ和Ｓｔｒｏｇａｔｚ通过重新连接规则网络中节点之间的连线来增布在区域中：普通节点初始能量为ｌＪ；仿真总时间为８４０ｍｉｎ。小世界的相加网络的无规则性描述了小世界网络模型［３］。关参数设定是Ｎ＝２０，ｐ＝Ｏ．２，ｋ＝４。层次型拓扑结构实验参数：节点均匀分
用Ｎ表示小世界网络的顶点数，ｐ表示随机连接概率，ｋ表示邻近节点布在ｌＯｍＸｌＯｍ的区域中，节点个数为７０个；采用ＬＥＡＣＨ算法分为２０个簇；节数，聚集系数ｃ＝害！；去（１一力３，平均路径长度上＝譬，ｕ月眵），其中比点初始能量为１Ｊ，仿真总时『日Ｊ为８４０ｒａｉｎ。
ｚＬｚ五一Ｕ‘表Ｉ不同拓扑结构下网络生存时间
例函鳓＝习荸：赢‘ａｎｈ。止南。随着连接概率ｐ的变化，生成不同的拓扑结构网络生存时间（＾）
ｌ基于小世界的拓扑结构８．５６１
网络，ｐ＝ｏ时为规则网络，ｐ＝ｌ时为随机网络，当Ｏ＜ｐ＜ｌ，生成介于规则网层次式拓扑结构６．９４８
络和随机网络之间的小世界网络ｆ４】。
２基于小世界的无线传赡矗拓扑结构实验表明基于小世界的拓扑结构比层次式的拓扑结构的生存时间长，２．１基本概念。定义１每一个簇仅有一个超级节点，使用固定能源提层次式拓扑结构不断的变换簇头，导致拓扑结构不稳定，而基于小世界的供能量。超级节点可以与簇内任一普通节点建奇链接：超级节点以概率Ｐ随拓扑结构超节点相对固定，且添加的长链接使其具备了小世界的特性，具机的链接到其他簇的超级节点。定义２簇中超级节点以外的节点是普通节有较短的平均路径长度和较大的聚集系数，提高了传输效率，降低能耗，点。普通节点保持与超级节点的链接。普通节点亦可以与任一节点建立链从而延长了网络生存时间。
接。定义３相邻超级节点按照一定顺序链接成超级节点环。定义４同一簇４结柬语
内节点之间的链接称为短链接。定义５超级节点之问随机以概率Ｐ的链接称对无线传感器网络而言，其拓扑结构关系到整个网络的传输效率和生为长链接。存时间，将小世界网络具有平均路径长度短，聚集系数高的特性戍用于无
２．２拓扑结构。基于小世界的无线传感器网络由普通节点、超级节线传感器网络的拓扑设计中。利于改进路由协议。提高传输效率，降低能点、长链接和短链接组成。超级节点链接成超级节点环，每个超级节点和耗，从而延长网络寿命。
普通节点形成一个簇。超级节点在每个簇中相当ｆ簇头节点，它存储、处参考文献：
理和转发大量的数据．并且具有数据融合的功能。由超级节点组成的长链［１］ＸＩＡＯ咖帆啪，ＧＵ／删ＲＯＮＧＣ唧．Ｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｓｍａｌｌ－Ｗｏｒｌｄ。Ｓｃａｌｅ接使用次数较多，因此，超级节点一般使用稳定的电源，位置相对固定．—Ｆｒｅｅａｎｄｂｅｙｏｎｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓＭａｇａｚｉｎｅ，２００３（ｔ）：６－２０．普通节点负责数据采集。［２］孙利民、李建中、陈渝、朱红松，无线传感器网络咖．清华大学出版
，
拓扑结构生成步骤：Ｓｔｅｐｌ：用序号ｘ标记每一个超级节点，链接成超社，２００５．
级节点环，如图ｌ所示。Ｓｔｅｐ２：根据参数Ｓ、ｋ、ｐ确定平均长链接的数量［３］李光正、翟龙余，基于Ｍａｔｌａｂ的小世界网络仿真［Ｊ】．ｓｃＩＥＮｃＥ＆ＴＥｃＩⅢ唧．
０６ＹＩＮＦＯＲ姒ＴＩＯＮ，２００８。１７：７１—７２．
Ｍ。Ｓｔｅｐ３：在超级节点环中，随机选取Ｍ个超级节点，以概率Ｐ链接链接到［４］文家焱、陈黎、毛恺，“小世界”无线传感器网络的最佳邻近节点敦其他超级节点，每条长链接标记为＜ｘ，Ｙ＞．Ｓｔｅｐ４＝普通节点选择最近超级［Ｊ］．电子测量技术。２００７，３０（４）：２０２—２０５．
节点加入该簇，并发送消息通知超级节点。簇内普通节点之间建立链接，作者简介：
相瓦通信交换数据。Ｓｔｅｐ５＝超级节点接收到所有的加入信息后，就产生一董姜颖（１９８７－），女，河南濮阳人。硕士研究生，主要研究方向：无线个ＴＤ姒定时信息，通知该簇所有节点，同时将超级节点序号ｘ后发送给簇内传感器网络．
万方数据
基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：董姜颖辽宁大学,信息学院,辽宁,沈阳,110036硅谷SILICON VALLEY2010(8)
参考文献(4条)
1.XIAO FAN WANG;GUANRONG CHEN Complex networks:Small-World,Scale-Free and beyond[外文期刊] 2003(01)
2.孙利民;李建中;陈渝;朱红松 无线传感器网络 2005
3.李光正;翟龙余 基于Matlab的小世界网络仿真[期刊论文]-Science and Technology Information 2008(17)
4.文家焱;陈黎;毛恺 "小世界"无线传感器网络的最佳邻近节点数[期刊论文]-电子测量技术 2007(04)
本文读者也读过(8条)
1. 刘明.伍燕平.于明远.Liu Ming.Wu Yanping.Yu Mingyuan 具有小世界效应的无线传感器网络构造方法研究[期刊论文]-电子测量技术2007,30(4)
2. 任秀丽.董姜颖.薜建生.REN Xiu-li.DONG Jiang-ying.XUE Jian-sheng 基于小世界的无线传感器网络的路由算法[期刊论文]-计算机应用2010,30(9)
3. 唐鹭.洪月华.伍华健.TANG Lu.HONG Yue-hua.WU Hua-jian 构造无线传感器网络的小世界效应研究[期刊论文]-计算机工程与应用2010,46(2)
4. 叶秀彩.许力.林力伟 一种基于小世界模型的无线传感器网络抗毁性评价方法[会议论文]-2009
5. 向毅.柴毅.吴英.王成敏.梁中华.Xinag yi.Chai Yi.Wu Ying.Wang Chengmin.Liang Zhonghua 具有复杂网络特性的无线传感器网络的谣言传播机制的查询方法研究[期刊论文]-海南师范大学学报（自然科学版）2008,21(4)
6. 文家焱.陈黎.毛恺.Wen Jiayan.Chen Li.Mao Kai "小世界"无线传感器网络的最佳近邻节点数[期刊论文]-电子测量技术2007,30(4)
7. 杨溢.黄静怡.黄正华 层次性无线传感器网络拓扑结构生成算法SSN[期刊论文]-计算机时代2007(4)
8. 景维鹏.刘亚秋.杨显辉.JING Wei-peng.LIU Ya-qiu.YANG Xian-hui 基于小世界模型的WSN簇间拓扑优化方法
[期刊论文]-计算机科学2010,37(6)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_guig201008061.aspx
薯霎弘渊一㈣
基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
董姜颖
（辽宁大学信息学院辽宁沈阳１１００３６）
摘要：将小世界理论引入无线传感器网络，提出一种基于小世界的无线传感器网络拓扑结构，并针对网络寿命与层次型拓扑结构进行仿真比较，实验表明，基ｊ：小世界的无线传感器网络拓扑结构能够减少网络能耗，延长网络生存时间。
关键词：小世界；无线传感器网络；拓扑
中图分类号；ＴＰ３９３文献标识码：＾文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０４２００７４－－０１
０引青每个普通节点。Ｓｔｅｐ６：普通节点将本簇超级节点序号ｘ保存在自己的缓存小世界理论来源于１９６７年，美国哈佛大学的社会心理学家中用于发送信息。
Ｓｔａｒｔｌｅ州ｉｌｇｒａｍ提出了“六度分隔”（ＳｉｘＤｅｇｒｅｅｓｏｆＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）的理
论，即人可以通过“朋友的朋友”进行相互联系，最多只要经过六次转达
即可实现。１９９８年，为了描述从规则嘲络到随机网络的过渡，Ｗａｔｔｓ和ｏ普通节点Ｓｔｒｏｇａｔｚ（ｗｓ）提出了小世界（ＳｍａｌｌＷｏｒｌｄ）［１］的观点。并介绍了一种
小世界模型，即ＷＳ，ｂ世界模型。研究发现。小世界列络普遍存在于实际网●超级节点络之中。一短链接
对于自组织的无线传感器网络而言，网络拓扑控制对网络性能影响很・—－－长链接
大，良好的拓扑结构能够提高路由协议和ＭＡＣ协议，为数据融合、时间同步
和目标定位等多方面提供基础，有利于延长整个网络乍存时间［２］。
本文基于小世界的理论，提出一种基于小世界的无线传感器网络拓扑图１基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
结构，该拓扑结构明显提高了网络传输效率，降低了网络能耗，延长了网３仿真实验
络寿命。为了验证基于小世界的无线传感器网络拓扑结构的优越性，通过仿真
１ＷＳ小世界模曩实验比较了该拓扑结构和层次型拓扑结构下的网络寿命。
研究表明，许多社会网络、生物网络和技术网络介于随机网络和规则基于小世界的无线传感器网络拓扑结构实验参数：节点均匀分布分布网络之间，具有具有较大的平均路径长度，而且具有较高的聚集系数。在ｌＯｍＸｌＯｍ的区域中，普通节点个数为５０个；超级节点数为２０个，固定分１９９８年，Ｗａｔｔｓ和Ｓｔｒｏｇａｔｚ通过重新连接规则网络中节点之间的连线来增布在区域中：普通节点初始能量为ｌＪ；仿真总时间为８４０ｍｉｎ。小世界的相加网络的无规则性描述了小世界网络模型［３］。关参数设定是Ｎ＝２０，ｐ＝Ｏ．２，ｋ＝４。层次型拓扑结构实验参数：节点均匀分
用Ｎ表示小世界网络的顶点数，ｐ表示随机连接概率，ｋ表示邻近节点布在ｌＯｍＸｌＯｍ的区域中，节点个数为７０个；采用ＬＥＡＣＨ算法分为２０个簇；节数，聚集系数ｃ＝害！；去（１一力３，平均路径长度上＝譬，ｕ月眵），其中比点初始能量为１Ｊ，仿真总时『日Ｊ为８４０ｒａｉｎ。
ｚＬｚ五一Ｕ‘表Ｉ不同拓扑结构下网络生存时间
例函鳓＝习荸：赢‘ａｎｈ。止南。随着连接概率ｐ的变化，生成不同的拓扑结构网络生存时间（＾）
ｌ基于小世界的拓扑结构８．５６１
网络，ｐ＝ｏ时为规则网络，ｐ＝ｌ时为随机网络，当Ｏ＜ｐ＜ｌ，生成介于规则网层次式拓扑结构６．９４８
络和随机网络之间的小世界网络ｆ４】。
２基于小世界的无线传赡矗拓扑结构实验表明基于小世界的拓扑结构比层次式的拓扑结构的生存时间长，２．１基本概念。定义１每一个簇仅有一个超级节点，使用固定能源提层次式拓扑结构不断的变换簇头，导致拓扑结构不稳定，而基于小世界的供能量。超级节点可以与簇内任一普通节点建奇链接：超级节点以概率Ｐ随拓扑结构超节点相对固定，且添加的长链接使其具备了小世界的特性，具机的链接到其他簇的超级节点。定义２簇中超级节点以外的节点是普通节有较短的平均路径长度和较大的聚集系数，提高了传输效率，降低能耗，点。普通节点保持与超级节点的链接。普通节点亦可以与任一节点建立链从而延长了网络生存时间。
接。定义３相邻超级节点按照一定顺序链接成超级节点环。定义４同一簇４结柬语
内节点之间的链接称为短链接。定义５超级节点之问随机以概率Ｐ的链接称对无线传感器网络而言，其拓扑结构关系到整个网络的传输效率和生为长链接。存时间，将小世界网络具有平均路径长度短，聚集系数高的特性戍用于无
２．２拓扑结构。基于小世界的无线传感器网络由普通节点、超级节线传感器网络的拓扑设计中。利于改进路由协议。提高传输效率，降低能点、长链接和短链接组成。超级节点链接成超级节点环，每个超级节点和耗，从而延长网络寿命。
普通节点形成一个簇。超级节点在每个簇中相当ｆ簇头节点，它存储、处参考文献：
理和转发大量的数据．并且具有数据融合的功能。由超级节点组成的长链［１］ＸＩＡＯ咖帆啪，ＧＵ／删ＲＯＮＧＣ唧．Ｃｏｍｐｌｅｘｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｓｍａｌｌ－Ｗｏｒｌｄ。Ｓｃａｌｅ接使用次数较多，因此，超级节点一般使用稳定的电源，位置相对固定．—Ｆｒｅｅａｎｄｂｅｙｏｎｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓＭａｇａｚｉｎｅ，２００３（ｔ）：６－２０．普通节点负责数据采集。［２］孙利民、李建中、陈渝、朱红松，无线传感器网络咖．清华大学出版
，
拓扑结构生成步骤：Ｓｔｅｐｌ：用序号ｘ标记每一个超级节点，链接成超社，２００５．
级节点环，如图ｌ所示。Ｓｔｅｐ２：根据参数Ｓ、ｋ、ｐ确定平均长链接的数量［３］李光正、翟龙余，基于Ｍａｔｌａｂ的小世界网络仿真［Ｊ】．ｓｃＩＥＮｃＥ＆ＴＥｃＩⅢ唧．
０６ＹＩＮＦＯＲ姒ＴＩＯＮ，２００８。１７：７１—７２．
Ｍ。Ｓｔｅｐ３：在超级节点环中，随机选取Ｍ个超级节点，以概率Ｐ链接链接到［４］文家焱、陈黎、毛恺，“小世界”无线传感器网络的最佳邻近节点敦其他超级节点，每条长链接标记为＜ｘ，Ｙ＞．Ｓｔｅｐ４＝普通节点选择最近超级［Ｊ］．电子测量技术。２００７，３０（４）：２０２—２０５．
节点加入该簇，并发送消息通知超级节点。簇内普通节点之间建立链接，作者简介：
相瓦通信交换数据。Ｓｔｅｐ５＝超级节点接收到所有的加入信息后，就产生一董姜颖（１９８７－），女，河南濮阳人。硕士研究生，主要研究方向：无线个ＴＤ姒定时信息，通知该簇所有节点，同时将超级节点序号ｘ后发送给簇内传感器网络．
万方数据
基于小世界的无线传感器网络拓扑结构
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：董姜颖辽宁大学,信息学院,辽宁,沈阳,110036硅谷SILICON VALLEY2010(8)
参考文献(4条)
1.XIAO FAN WANG;GUANRONG CHEN Complex networks:Small-World,Scale-Free and beyond[外文期刊] 2003(01)
2.孙利民;李建中;陈渝;朱红松 无线传感器网络 2005
3.李光正;翟龙余 基于Matlab的小世界网络仿真[期刊论文]-Science and Technology Information 2008(17)
4.文家焱;陈黎;毛恺 "小世界"无线传感器网络的最佳邻近节点数[期刊论文]-电子测量技术 2007(04)
本文读者也读过(8条)
1. 刘明.伍燕平.于明远.Liu Ming.Wu Yanping.Yu Mingyuan 具有小世界效应的无线传感器网络构造方法研究[期刊论文]-电子测量技术2007,30(4)
2. 任秀丽.董姜颖.薜建生.REN Xiu-li.DONG Jiang-ying.XUE Jian-sheng 基于小世界的无线传感器网络的路由算法[期刊论文]-计算机应用2010,30(9)
3. 唐鹭.洪月华.伍华健.TANG Lu.HONG Yue-hua.WU Hua-jian 构造无线传感器网络的小世界效应研究[期刊论文]-计算机工程与应用2010,46(2)
4. 叶秀彩.许力.林力伟 一种基于小世界模型的无线传感器网络抗毁性评价方法[会议论文]-2009
5. 向毅.柴毅.吴英.王成敏.梁中华.Xinag yi.Chai Yi.Wu Ying.Wang Chengmin.Liang Zhonghua 具有复杂网络特性的无线传感器网络的谣言传播机制的查询方法研究[期刊论文]-海南师范大学学报（自然科学版）2008,21(4)
6. 文家焱.陈黎.毛恺.Wen Jiayan.Chen Li.Mao Kai "小世界"无线传感器网络的最佳近邻节点数[期刊论文]-电子测量技术2007,30(4)
7. 杨溢.黄静怡.黄正华 层次性无线传感器网络拓扑结构生成算法SSN[期刊论文]-计算机时代2007(4)
8. 景维鹏.刘亚秋.杨显辉.JING Wei-peng.LIU Ya-qiu.YANG Xian-hui 基于小世界模型的WSN簇间拓扑优化方法
[期刊论文]-计算机科学2010,37(6)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_guig201008061.aspx