無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效配置問(wèn)題的研究.pdf

1、作為新興的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，包括軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、目標(biāo)追蹤、科學(xué)觀察和預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。然而在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，存在著一些現(xiàn)實(shí)約束。比如傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小，通常由能量十分有限的電池；但同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多、分布區(qū)域廣、部署區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，通過(guò)充電或更換電池的方式來(lái)補(bǔ)充能源是不現(xiàn)實(shí)的，因此節(jié)能是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重要目標(biāo)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗直接決定了網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，通過(guò)有效配置傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以合理覆蓋感知數(shù)

2、據(jù)區(qū)域，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。本文主要研究通過(guò)有效的節(jié)點(diǎn)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能這一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題。 本文首先研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效的傳感器節(jié)點(diǎn)配置的相關(guān)問(wèn)題，針對(duì)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，分別提出了相應(yīng)的能量有效的配置算法；并在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的需求，介紹了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)原型系統(tǒng)，文中對(duì)系統(tǒng)協(xié)議棧各層的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹。 在靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常多個(gè)數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)和基站都固定地分布在給定的區(qū)域內(nèi)，我們對(duì)如何

3、通過(guò)放置有限個(gè)數(shù)的中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量消耗的問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文首先提出了線性網(wǎng)絡(luò)模型下的能量有效節(jié)點(diǎn)配置算法，并在將其擴(kuò)展到二維平面模型的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)新穎的基于矢量的中繼節(jié)點(diǎn)放置算法。該算法在感應(yīng)源節(jié)點(diǎn)位置和中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)給定的情況下，通過(guò)矢量計(jì)算中繼節(jié)點(diǎn)的位置得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量有效配置。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)之比為1：2時(shí)，該算法得到的網(wǎng)絡(luò)能耗比常規(guī)配置算法節(jié)省50％左右，該模式已在我們實(shí)現(xiàn)的火災(zāi)預(yù)警原型系統(tǒng)中

4、得到應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，基于成本的原因，節(jié)點(diǎn)數(shù)的規(guī)模總是受限的，因此該算法對(duì)構(gòu)建低成本的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)具有重要的意義。 在移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要求節(jié)點(diǎn)通過(guò)自主部署使網(wǎng)絡(luò)初始的隨機(jī)配置變?yōu)闈M足一定覆蓋性要求且位置和能量都均勻的一個(gè)分布，充分利用每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期，更好更大地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的作用。本文首先設(shè)計(jì)了一個(gè)基于虛擬力的帶隨機(jī)回退延遲的能量有效的節(jié)點(diǎn)自配置算法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，引入節(jié)點(diǎn)虛擬移動(dòng)機(jī)制，設(shè)

5、計(jì)了一個(gè)帶虛擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置算法，進(jìn)一步提升了能量的有效性。模擬實(shí)驗(yàn)表明，我們?cè)O(shè)計(jì)的算法比起已有的算法在網(wǎng)絡(luò)能耗、位置和能量均勻度等多項(xiàng)指標(biāo)上均表現(xiàn)出了更好的性能。 本文的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)在于： ●針對(duì)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一個(gè)新穎的基于矢量的中繼節(jié)點(diǎn)配置算法，由于在獲得能量有效配置的高效性使得該算法在構(gòu)建節(jié)點(diǎn)規(guī)模受限的低成本網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)際意義； ●針對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，提出了一個(gè)基于虛擬力的節(jié)點(diǎn)自部署算法，在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋性和連通性基