開放無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向任務(wù)的自組織機制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一種面向任務(wù)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通常由大量密集部署在某個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點以及一個或多個位于區(qū)域內(nèi)或區(qū)域附近的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點組成。由于傳感器節(jié)點在電源能量、通信能力、計算和存儲能力等方面存在局限性，因而如何使多個傳感器節(jié)點協(xié)同工作并完成既定的任務(wù)，同時優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，是進行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織設(shè)計的重點和難點。
　　在現(xiàn)有關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織

2、方法中，多通過路由協(xié)議和拓撲控制技術(shù)來實現(xiàn)，這兩種方法主要關(guān)注于如何提高網(wǎng)絡(luò)能量效率，延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。但是，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用中，通常對任務(wù)的完成質(zhì)量要求較高，尤其是當任務(wù)有很高的實時性要求時，就需要犧牲部分節(jié)點的能量，通過節(jié)點間的協(xié)同作用和自組織過程，高質(zhì)量且高效的完成任務(wù)。因而對于體積小、價格低廉的傳感器節(jié)點而言，設(shè)計出一個面向任務(wù)分配的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織機制是合理且迫切需要的。
　　本文基于分布式任務(wù)分配場景，

3、提出了一種基于Q-學(xué)習(xí)算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織機制，該機制旨在通過節(jié)點間的自組織過程，高質(zhì)量且高效的完成任務(wù)。該機制基于任務(wù)分配過程中節(jié)點完成任務(wù)的情況，通過設(shè)定節(jié)點完成任務(wù)頻數(shù)閾值，統(tǒng)計完成任務(wù)次數(shù)較多的非鄰居節(jié)點和很少完成任務(wù)或從未完成任務(wù)的鄰居節(jié)點，并將其加入到分配任務(wù)的源節(jié)點的候選鄰居集合中，然后采用Q-學(xué)習(xí)算法學(xué)習(xí)到達貢獻資源節(jié)點的最優(yōu)路徑，進而調(diào)整節(jié)點間的連接關(guān)系;同時，刪除源節(jié)點候選鄰居集合中很少完成任務(wù)的鄰居節(jié)點;從而

4、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，確保在高效分配任務(wù)的前提下減少網(wǎng)絡(luò)平均傳遞延時，并自動適應(yīng)外界環(huán)境變化。
　　此外，在綜合考慮了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)多變的情況下，提出了一種在開放環(huán)境下傳感器節(jié)點間進行自組織的機制，該機制分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的情形，針對新節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點離開等導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)改變的情況，提出了相應(yīng)的解決方案。該機制使每個傳感器節(jié)點基于TDR和歷史信息建立合作鄰居。這種合作鄰居關(guān)系進而有助于傳感器節(jié)點在未