基于能量感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題研究.pdf

1、無線傳感器網(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)自組織形成的無線分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是繼Internet之后將對21世紀(jì)人類生活方式產(chǎn)生重大影響的IT熱點(diǎn)技術(shù).它在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、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.無線傳感器網(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,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了社會各界人士的廣泛關(guān)注,為社會帶來不

2、可估量的效益,同時也引發(fā)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究熱潮.
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境惡劣,節(jié)點(diǎn)通常通過隨機(jī)撒播的方式部署在監(jiān)測區(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,延長網(wǎng)絡(luò)壽命,成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和設(shè)計首要考慮的問題.在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,覆蓋問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,同時使每個節(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)對物理世界的監(jiān)測能力,能量消耗則決定了無線傳感器網(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線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題,主要的研究內(nèi)容包括:
　　1)首先對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概況作了簡單介紹,包括組成架構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;又對混合傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究作了總結(jié)概述.接著,著重描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題的基礎(chǔ)知識、分類,覆蓋算法的評價指標(biāo)和節(jié)能覆蓋的研究現(xiàn)狀;并對目

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節(jié)點(diǎn)需移動的距離,沒有更好地考慮網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點(diǎn)自身的剩余能量,不能做到每個節(jié)點(diǎn)的能耗平衡.
　　2)充分考慮移動節(jié)點(diǎn)的兩個重要因素,移動距離和剩余能量,定義了覆蓋算法中選擇移動節(jié)點(diǎn)的新標(biāo)準(zhǔn)——終余能量,分別對基于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.通過仿真實驗,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,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,有效延長了網(wǎng)絡(luò)壽命.
　　3)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)覆蓋空洞時,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用移動節(jié)點(diǎn)來修復(fù)它們.針對選擇冗余節(jié)點(diǎn)修復(fù)覆蓋空洞的級聯(lián)移動問題,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)化了級聯(lián)移動路徑.仿真實驗結(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)的平均移動距離,平衡了各移動節(jié)點(diǎn)的能耗,提高了網(wǎng)絡(luò)的能量使