無線傳感器網(wǎng)絡部署中相關節(jié)能技術的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）是目前備受國際關注的熱點研究技術。在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點所攜帶的電池能量是極其有限的;同時，受部署環(huán)境的限制，通過人工更換電池延續(xù)節(jié)點的工作壽命不實際也不容易。因此，節(jié)能問題一直以來都是無線傳感器網(wǎng)絡中的重點研究問題之一。本文從網(wǎng)絡部署的角度出發(fā)，對無線傳感器網(wǎng)絡部署中相關節(jié)能技術進行了較深入的研究，主要包括靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡部署中的節(jié)能優(yōu)化組網(wǎng)技術、移動傳

2、感器網(wǎng)絡部署中的節(jié)點節(jié)能優(yōu)化控制技術和移動傳感器網(wǎng)絡部署中的網(wǎng)絡節(jié)能優(yōu)化覆蓋技術三大部分內容。
　　 如何對無線傳感器網(wǎng)絡進行有效的部署組網(wǎng)設計是提高無線傳感器網(wǎng)絡工作壽命、降低網(wǎng)絡部署成本的首要和關鍵問題。針對這個問題，本文對靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡部署中的節(jié)能優(yōu)化組網(wǎng)技術進行了較深入的研究，并提出了一種適用于靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡中確定性部署的節(jié)能優(yōu)化組網(wǎng)方案。該組網(wǎng)方案有以下幾個特點:1）采用非線性電池能耗模型，對節(jié)點的能耗進行準確評估

3、;2）引入節(jié)點的非均勻部署策略，即在不同網(wǎng)絡部署區(qū)域放置不同數(shù)量的節(jié)點，均衡網(wǎng)絡負載;3）采用TDMA技術為節(jié)點數(shù)據(jù)的收發(fā)分配時隙，并調度部署在同一位置上的節(jié)點，使其交替輪流工作;4）采用節(jié)能優(yōu)化的正交調制技術對節(jié)點數(shù)據(jù)進行調制，降低節(jié)點的通信能耗。為評估該組網(wǎng)方案的性能，本文將其與一種簡單的節(jié)點部署組網(wǎng)方案進行了仿真比較。仿真結果表明，本文所提出的組網(wǎng)方案不僅能有效地提高網(wǎng)絡工作壽命，并能同時減少網(wǎng)絡部署所需的總節(jié)點數(shù)，降低網(wǎng)絡部署成

4、本。
　　 相較于靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡，在移動傳感器網(wǎng)絡中，由于節(jié)點具有移動功能，其肩負的任務更為艱巨，同時節(jié)點的移動也使得網(wǎng)絡的能耗問題更為嚴峻。針對這個問題，本文從以下兩方面出發(fā)，對移動傳感器網(wǎng)絡部署中相關節(jié)能技術進行了較深入的研究:一方面，我們從單個節(jié)點的節(jié)能技術出發(fā)，研究移動節(jié)點的節(jié)能優(yōu)化控制技術;另一方面，我們從整個網(wǎng)絡的節(jié)能技術出發(fā)，研究移動傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能優(yōu)化覆蓋技術。
　　 在移動傳感器網(wǎng)絡部署的節(jié)點節(jié)能優(yōu)化控

5、制技術研究中，本文引入非線性電池能耗模型對節(jié)點運動過程中的電機能耗進行評估，建立了移動節(jié)點的實際運動能耗模型。在該模型的基礎上，本文對節(jié)點的節(jié)能優(yōu)化速度控制方案進行了較深入的研究，從理論分析和仿真驗證兩方面探討了節(jié)點電機最大角速度對節(jié)點加減速階段能耗、勻速階段能耗以及節(jié)點運動總能耗的影響。研究結果表明，隨著電機最大角速度的變大，節(jié)點加減速階段的運動能耗在增加，而節(jié)點勻速階段的運動能耗將出現(xiàn)一個或多個極值;同時，對于任意的直線移動距離，均

6、能找到一個最優(yōu)的電機最大角速度使得節(jié)點的總運動能耗最低。
　　 在移動傳感器網(wǎng)絡部署的網(wǎng)絡節(jié)能優(yōu)化覆蓋技術研究中，本文結合網(wǎng)絡覆蓋漏洞的發(fā)現(xiàn)機制、節(jié)點的自部署算法、節(jié)點的節(jié)能優(yōu)化控制技術以及網(wǎng)絡能量均衡的策略，對現(xiàn)有的基于虛擬力的節(jié)點自部署算法（VFA算法）進行了改進，提出了一種基于漏洞導向虛擬力的網(wǎng)絡節(jié)能優(yōu)化覆蓋算法——EVFA-V算法。相較于VFA算法，該算法綜合考慮了區(qū)域邊界對移動節(jié)點的影響、覆蓋漏洞對節(jié)點的引力作用、節(jié)點

7、之間的虛擬力作用、以及節(jié)點之間剩余能量均衡的問題，并在節(jié)點移動部署的過程中采用了節(jié)能優(yōu)化的速度控制方案。為評估EVFA-V算法的性能，本文將其與VFA算法、虛擬力與Voronoi圖相結合的節(jié)點自部署算法(VFA-V算法)進行了仿真比較。仿真結果表明，本文所提出的EVFA-V算法能有效地引導移動節(jié)點對網(wǎng)絡的覆蓋漏洞進行修補，更好地實現(xiàn)了在提高網(wǎng)絡覆蓋率的同時，降低網(wǎng)絡部署總能耗，并均衡節(jié)點之間剩余能量的目的。
　　 本文通過理論分