具有移動節(jié)點的無線傳感器網絡定位算法和數(shù)據收集協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網絡以一種新的信息獲取方式與處理模式，將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界聯(lián)系起來，改變人類與自然界的交互方式，實現(xiàn)了物理世界、計算世界以及人類社會的互通。節(jié)點定位是無線傳感器網絡所有應用的基礎，數(shù)據收集是無線傳感器網絡最基本的應用。目前開展的定位算法和數(shù)據收集協(xié)議研究主要針對靜態(tài)無線傳感器網絡。在靜態(tài)的無線傳感器網絡中，信標節(jié)點無法完全覆蓋整個網絡，未被覆蓋的節(jié)點只能近似估計自己的位置。移動信標的引入，很好的解決了這個問題，

2、它們可以移動到未被覆蓋的盲區(qū)，同這些節(jié)點直接通信，提供較為精準的定位坐標。同樣，在靜態(tài)無線傳感器網絡中，“熱點效應”將導致網絡的不連通，影響興趣數(shù)據的收集。移動sink的出現(xiàn)正好解決了這個問題，它不僅可以轉移高能耗區(qū)域，均衡節(jié)點的能量消耗，延長網絡的生存時間，更能直接和節(jié)點通信，提高數(shù)據收集性能。
　　 為了提高定位精度、延長網絡生存時間，本文針對具有移動節(jié)點的無線傳感器網絡展開了節(jié)點定位算法和數(shù)據收集協(xié)議的研究，主要研究成果包

3、括:
　　 (1)基于Gauss-Markov移動模型的無線傳感器網絡自適應定位算法(ALA-GM)
　　 Gauss-Markov移動模型是一種隨機狀態(tài)運動模型，為了改進它的隨機性，提出了一種基于Gauss-Markov移動模型的無線傳感器網絡自適應定位算法(ALA-GM)。該算法由速度調整策略、中垂線策略和虛擬力策略組成。速度調整策略可以使移動信標根據環(huán)境的改變自動的調整它的速度;中垂線策略對移動信標的軌跡進行局部調

4、整，保證所有未知節(jié)點獲得盡可能多的非共線虛擬信標坐標;而虛擬力策略不僅可以促使移動信標快速的離開已定位節(jié)點，還能使它從邊界外快速的返回監(jiān)測區(qū)域。理論分析和仿真實驗表明，ALA-GM可以減少算法的運行時間，提高定位精度。
　　 (2)具有移動sink的無線傳感器網絡數(shù)據收集協(xié)議:EBRP、CRP-FT、IGMM和FCM
　　 四種協(xié)議都可以均衡節(jié)點能耗，延緩“能量空洞”的出現(xiàn)。EBRP是采用分簇機制、sink隨機移動的數(shù)據

5、收集協(xié)議;CRP-FT是采用分簇機制、sink固定移動的數(shù)據收集協(xié)議;IGMM和FCM是sink隨機移動或固定移動的非分簇數(shù)據收集協(xié)議。
　　 (3)事件驅動型無線傳感器網絡數(shù)據收集協(xié)議:EDDGP和ACBP
　　 事件驅動型數(shù)據收集協(xié)議中，興趣事件發(fā)生后，sink移動到它的附近進行數(shù)據收集。EDDGP協(xié)議中，提出了一種自適應評估模型選出簇頭，包括節(jié)點分類，模糊等級劃分，評價函數(shù)和自適應網格幾個步驟。當sink接收到數(shù)據

6、請求包后，移動到信源簇頭附近開始收集簇內興趣事件。理論研究和仿真實驗表明EDDGP能減小sink位置更新能耗，均衡節(jié)點能耗，延長網絡的生存時間。針對興趣事件頻繁發(fā)生的場景，提出了ACBP協(xié)議。該協(xié)議首先分析了簇頭分布不均勻的劣勢，然后提出了近似均勻分簇準則，并考慮了簇頭直接通信和簇頭多跳通信兩種情況。理論分析證明了ACBP優(yōu)于ALURP協(xié)議，然后從sink移動次數(shù)、節(jié)點密度和通信半徑三個方面對它們進行了比較。
　　 (4)具有多

7、個移動sinks的無線傳感器網絡數(shù)據收集協(xié)議(MSGP)
　　 大部分的具有移動sink的研究工作只考慮了使用單個sink。而隨著應用區(qū)域的擴大，離sink較遠的節(jié)點傳遞興趣事件消耗的能量也將增大，且實時性降低。鑒于此，提出了一種具有多個sinks的無線傳感器網絡數(shù)據收集協(xié)議。劃定若干圓形簇頭候選區(qū)域、固定成員區(qū)域和公共區(qū)域進行近似均勻分簇。Multi-sinks根據區(qū)域劃分規(guī)則和自由移動規(guī)則運動，分別從數(shù)據流向、sink單輪數(shù)