基于能量感知的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有信息采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸功能的,集成有數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)通信單元和能量供應(yīng)單元的微型傳感器節(jié)點(diǎn)自組織形成的無(wú)線(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是繼Internet之后將對(duì)21世紀(jì)人類(lèi)生活方式產(chǎn)生重大影響的IT熱點(diǎn)技術(shù).它在軍事國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、智能家居、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了信息世界與物理世界,改變了人與自然的交互模式.目前,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注,為社會(huì)帶來(lái)不

2、可估量的效益,同時(shí)也引發(fā)了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究熱潮.
　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境惡劣,節(jié)點(diǎn)通常通過(guò)隨機(jī)撒播的方式部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中,節(jié)點(diǎn)分布極不均勻,并且節(jié)點(diǎn)能量有限、不能補(bǔ)充,所以采用有效的節(jié)能覆蓋方法和能量消耗均衡機(jī)制,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命,成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和設(shè)計(jì)首要考慮的問(wèn)題.在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,覆蓋問(wèn)題的最終目的是在不降低原有覆蓋水平的基礎(chǔ)上,有效分配各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài),最小化網(wǎng)絡(luò)每輪的能量消耗,同時(shí)使每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)能耗.

3、網(wǎng)絡(luò)覆蓋直接反映網(wǎng)絡(luò)對(duì)物理世界的監(jiān)測(cè)能力,能量消耗則決定了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存壽命,網(wǎng)絡(luò)覆蓋與能量消耗密切相關(guān).本文研究了基于能量感知的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題,主要的研究?jī)?nèi)容包括:
　　1)首先對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概況作了簡(jiǎn)單介紹,包括組成架構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀;又對(duì)混合傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究作了總結(jié)概述.接著,著重描述了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題的基礎(chǔ)知識(shí)、分類(lèi),覆蓋算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)和節(jié)能覆蓋的研究現(xiàn)狀;并對(duì)目

4、前學(xué)者們提出的大量覆蓋算法進(jìn)行了討論.雖然這些算法減少了網(wǎng)絡(luò)整體能耗,但只著重考慮了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需移動(dòng)的距離,沒(méi)有更好地考慮網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自身的剩余能量,不能做到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗平衡.
　　2)充分考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)重要因素,移動(dòng)距離和剩余能量,定義了覆蓋算法中選擇移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的新標(biāo)準(zhǔn)——終余能量,分別對(duì)基于Voronoi圖的覆蓋增強(qiáng)算法和基于虛擬力的目標(biāo)多重覆蓋算法進(jìn)行了改進(jìn),均衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的剩余能量.通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),本文證明了該改進(jìn)方法

5、的有效性。在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的同時(shí),它充分利用了節(jié)點(diǎn)的能量,提高了網(wǎng)絡(luò)能量使用率,有效延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命.
　　3)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)覆蓋空洞時(shí),無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)常用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)來(lái)修復(fù)它們.針對(duì)選擇冗余節(jié)點(diǎn)修復(fù)覆蓋空洞的級(jí)聯(lián)移動(dòng)問(wèn)題,綜合考慮各節(jié)點(diǎn)的剩余能量引入了路徑的能量可用率和決定性能量的概念,從多目標(biāo)優(yōu)化的角度優(yōu)化了級(jí)聯(lián)移動(dòng)路徑.仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法具有良好的性能,減少了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均移動(dòng)距離,平衡了各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的能耗,提高了網(wǎng)絡(luò)的能量使