Research and Implementation of Topology Control Method in Industrial Wireless Sensor Network for Dynamic Load Balancing

无线传感器网络一般具有自组织、随机部署、环境复杂、传感器节点资源有限、网络拓扑经常发生变化的特点。这些特点使拓扑控制成为挑战性研究课题，同时，也决定了拓扑控制在无线传感器网络研究中的重要性：首先，拓扑控制是一种重要的节能技术，是延长网络寿命的重要手段，保证覆盖质量和连通质量，能够提高网络的可靠性、可扩展性等其他性能。拓扑控制对网络性能具有重大的影响，因而对它的研究具有十分重要的意义。 当前拓扑控制算法主要分为两类分布式与集中式，无论是功率控制还是睡眠调度，都是基于分布式的，分布式是一种先进的计算方式，但是现阶段的无线传感器网络资源受到的限制太大，采用的分布式算法，不但不能充分发挥分布式的优势，而且对无线传感网的性能带来了严重影响。例如在关于睡眠调度的算法设计中动辄说网络规模极大、节点分布密集，但是现实应用中的网络却是规模较小，节点数目有限，根本不符合睡眠调度算法的条件；而功率控制如较为实用的XTC算法，根本就没有考虑无线链路质量固有的动态特性，更遑论其它复杂的理想算法了。 本文引入一种集中式的拓扑控制算法,集中式拓扑控制算法首先要做的是全网信息的采集与更新，信息的流通有赖于链路质量，本文在研究无线链路特性的基础上，提出了一种结合链路历史信息与当前信息可预估链路未来状况的评估方法PL2QE，从而得到使节点得到链路质量高且相对稳定的邻居，在此基础上提出一种邻居管理算法DCNMP，为构建鲁棒拓扑打下基础。 在信息收集完成后，本文从负载均衡入手进行拓扑控制。由于网络部署的随机性，无线传感网中存在很严重的能量空洞问题，再者当前的应用还主要集中于汇聚型数据采集，漏斗效应更是不容忽视。基于此，本文提出基于负载均衡的集中式拓扑控制算法LBTC，该算法通过建立负载均衡树实现全网负载均衡，实验证明其在延长网络寿命方面具有显著作用