Topology management schemes have emerged as promising approaches for prolonging the lifetime of the wireless sensor networks (WSNs). The connected dominating set (CDS) concept has also emerged as the most popular method for energy-efficient topology control in WSNs. A sparse CDS-based network topology is highly susceptible to partitioning, while a dense CDS leads to excessive energy consumption due to overlapped sensing areas. Therefore, finding an optimal-size CDS with which a good trade-off between the network lifetime and network coverage can be made is a crucial problem in CDS-based topology control. In this paper, a degree-constrained minimum-weight version of the CDS problem, seeking for the load-balanced network topology with the maximum energy, is presented to model the energy-efficient topology control problem in WSNs. A learning automata-based heuristic is proposed for finding a near optimal solution to the proxy equivalent degree-constrained minimum-weight CDS problem in WSN. A strong theorem in presented to show the convergence of the proposed algorithm. Superiority of the proposed topology control algorithm over the prominent existing methods is shown through the simulation experiments in terms of the number of active nodes (network topology size), control message overhead, residual energy level, and network lifetime

چکیده

شماهای مدیریت توپولوژی به عنوان رویکردهای امیدوار کننده‌ای برای طولانی نمودن طول عمر شبکه های حسگر بی سیم (WSNs) به وجود آمدند. مفهوم مجموعه‌ی غالب متصل (CDS) نیز به عنوان محبوب ترین روش برای کنترل توپولوژی انرژی-کارآمد در شبکه‌های حسگر بی سیم پدید آمد.  توپولوژی شبکه ی مبتنی بر CDSِ پراکنده (sparse)، بسیار مستعد پارتیشن بندی یا تقسیم بندی کردن است، در حالی که یکCDS  متراکم به دلیل همپوشانی مناطق دریافت (sensing area) منجر به مصرف بیش از حد انرژی می‌شود.  بنابراین، یافتن CDS  ای با اندازه ی بهینه، به همراه تعاملی خوب بین طول عمر شبکه و پوشش شبکه، می تواند یک مسئله ی بسیار مهم در کنترل توپولوژی مبتنی بر CDS  ایجاد کند. در این مقاله، یک نسخه ی درجه - محدودِ حداقل-وزن از مسئله ی  CDS، در جستجوی توپولوژی شبکه ی با بار متعادل با حداکثر انرژی، به منظور مدل سازی مسئله ی کنترل توپولوژی انرژی-کارآمد در شبکه های حسگر بی سیم (WSNها) ارائه می شود. یک یادگیریِ هوشمندانه یِ مبتنی بر اتوماتا برای پیدا کردن یک راه حلِ نزدیک به بهینه برای مسئله ی CDS  با حداقل-وزنِ درجه-محدودِ معادل با پروکسی در شبکه ی حسگر بی سیم پیشنهاد می شود.  یک برهان قدرتمند برای نمایش همگرایی الگوریتم پیشنهادی ارائه می شود. برتریِ الگوریتم کنترل توپولوژیِ پیشنهادی بر روش های برجسته موجود از طریق آزمایش های شبیه سازی از نظر تعداد گره های فعال (اندازه ی توپولوژی شبکه)، کنترل سربار پیام، میزان انرژی باقی مانده، و طول عمر شبکه نشان داده می شود.

1-مقدمه

کنترل توپولوژی یک رویکرد امیدوار کننده برای دستیابی به حفاظت از انرژی و افزایش طول عمر شبکه ی حسگر بی سیم بدون تنزل عملکرد مهم شبکه از قبیل پوشش، اتصال، و توان عملیاتی می باشد [1,2]. حفظ انرژی نگرانی اصلی پروتکل های کنترل توپولوژی باقی می ماند.  به طور کلی، فرآیند کنترل توپولوژی از دو فاز اصلی تشکیل شده است: ایجاد توپولوژی و نگهداری از توپولوژی.  هدف از ایجاد توپولوژی ساختن یک توپولوژی برای اتصال گره های شبکه بر اساس یک ویژگی توپولوژیکی مورد نظر می باشد...