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　　摘要：无线传感器网络是一种智能化的监控系统，其由大量具有数据处理和通信能力的传感器节点组成，目的是对监测区域内的信息实时感知、采集和处理。传感器网络中的数据有效可靠地传输建立在良好的网络拓扑结构基础上。该文采用粒子群算法以动态联盟机制为通信机制，生成的网络拓扑结构更有效地节约了节点间数据通信的能耗，做到了网络负载的均衡，从而提高了网络的存活时间。

　　关键词：无线传感器网络；网络拓扑结构；粒子群算法；网络负载的均衡；存活时间

　　1无线传感器网络研究背景

　　无线传感器网络（wirelesssensornetworks，WSN）是由大量价格低廉随机分布的微型传感器节点组成，这些传感器节点具有数据处理能力、通信能力与计算能力，它们组织在一起形成一个智能化自组织的网络监控系统，该网络主要功能是感知、采集和处理监测区域中被感知对象的信息，并将相关信息传输给监测者。

　　随着信息科学技术的不断创新和发展，无线传感器网络作为新一代网络的重要组成部分，引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注，并在各领域中发挥巨大的作用，如医疗卫生、国防军事监测、工业自动化控制、环境污染监测、智能家居、制造业和航空交通控制等领域。目前，无线传感器网络已经成为国内外各界最新研究的热点，涉及诸多高端的科学理论和先进技术，具有非常广阔的应用前景和发展潜力，将会给人们生活生产等各个领域带来深远影响。

　　然而，无线传感网络要全面发挥应用价值有许多问题需要解决，例如：网络内的节点间通信、运行成本、能量供给、网络拓扑结构、安全可靠性等问题。其中，能量供给是首先要解决的问题，传感器节点采用干电池供电，电量耗尽会使网络节点失效或死亡。目前，虽然可以使用环境能量采集技术给电池充电，但是成本高，普及率低。因此，在保证系统性能需求的基础上，本文主要工作是研究WSN网络拓扑结构的初始生成，良好的拓扑结构的生成有利于减小网络节点的能量损耗，均衡网络的能耗，提高节点的存活时间。

　　2无线传感器网络的结构与特点

　　2.1无线传感器的结构

　　廉价微型的传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元。无线传感器网络通常包括汇聚节点、传感器节点和管理节点，节点间的工作过程是传感器节点探测采集数据信息，将感知的信息初步处理后，以多条中继的方式处理和融合，再将信息以协作的方式传递给汇聚节点，再将最终信息传递给基站；接着基站以有线或无线链路将信息传送给用户。

　　无线传感器节点一般布置在环境恶劣的区域，采用电池供电，为了更好地利用电源的能量，科研工作者在硬件设计方面引入太阳能充电模块；软件方面从网络的拓扑结构、数据通信协议等方面考虑提高电池的利用率。本文从网络拓扑结构方面出发，采用离散粒子群算法生成网络的初始结构，降低网络节点的能量损耗，做到网络负载的均衡，提高网络的存活时间。

　　2.2网络节点间的通信

　　本文采用联盟机制作为网络的通信机制，如图1所示能量模型建立联盟结构数据传输的基础上，黑点表示联盟头，白点表示联盟成员，BS表示基站。图a中联盟头接收联盟成员感知采集到的信息，图b中联盟头将融合后的数据反馈给联盟成员，图d中联盟内所有成员节点以协作方式共同将数据发送给基站，图c为基站把接收到信息处理后再广播给节点。在数据传输过程中，产生的能耗主要表现在采集数据的能耗、联盟头向成员节点反馈数据的能耗和向基站传输数据的能耗这3个方面，其中联盟内数据广播的能耗占主要地位。

　　2.3网络拓扑结构生成

　　初始联盟结构的生成对整个网络的性能好坏起着非常重要的作用，联盟结构的优点体现在该通信机制下节点以协同方式进行数据传送，有效地降低了网络的能耗，并且做到了网络中节点能量分布的均匀性。网络中的节点布置完成后，主要的问题就是确定各节点的归属。