無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中低功耗的數(shù)據(jù)傳輸策略的研究.pdf

1、因其廣泛的應(yīng)用背景，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究目前備受工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視。然而，傳感器節(jié)點(diǎn)本身的硬件條件仍然制約著傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，特別是傳感器節(jié)點(diǎn)通常只能由低能量的電池供電，且其傳輸范圍短。因此，為了提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存期，如何有效地利用有限的電池能量是設(shè)計網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時需要考慮的重要因素之一。經(jīng)研究表明，數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量占據(jù)傳感器能量損耗的最大部分，因此設(shè)計低功耗的數(shù)據(jù)傳輸策略成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)之一。通常來說，無線傳感器網(wǎng)

2、絡(luò)有三種傳輸模式：傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，從基站到傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸以及從傳感器節(jié)點(diǎn)到基站之間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　 本文針對上述傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸模式，提出相應(yīng)的傳輸策略以最小化傳輸過程中所消耗的能量。具體的研究內(nèi)容有三點(diǎn)：
　　 1）設(shè)計基于服務(wù)組合的路由算法來完成傳感器節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作，以實(shí)現(xiàn)基于服務(wù)組合的持續(xù)查詢請求；
　　 2）設(shè)計基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)策略，將更新數(shù)據(jù)包從基站成功傳輸給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)

3、；
　　 3）設(shè)計基于地理信息的K 任意組播路由協(xié)議以實(shí)現(xiàn)源傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包成功傳輸給N個基站中的任意K個。
　　 在以上問題的設(shè)計中，能量損耗是我們最關(guān)注的因素，具體的研究內(nèi)容與貢獻(xiàn)如下：
　　 (1)基于服務(wù)組合的持續(xù)查詢路由的設(shè)計在低工作周期的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，提供某些服務(wù)的某些傳感器節(jié)點(diǎn)在有些時刻可能會處于睡眠狀態(tài)，從而影響服務(wù)組合路由的運(yùn)行。本文設(shè)計了一個新型的基于線性服務(wù)組合的持續(xù)查詢路由。設(shè)計的主要目

4、標(biāo)為最小化在整個持續(xù)查詢過程中所需要的路由切換次數(shù)，以減少由于路由切換而產(chǎn)生的能量損耗。同時，在主要目標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步最小化持續(xù)查詢中每個服務(wù)組合路由的通信代價。通過這兩個目標(biāo)的結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)低能耗的服務(wù)組合路由。本文提出基于貪心和動態(tài)規(guī)劃相結(jié)合的算法最優(yōu)化了以上的設(shè)計目標(biāo)。最后，模擬結(jié)果表明了本文的算法相比已有算法能大大降低整個服務(wù)組合查詢的能量損耗。
　　 (2)基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)策略的研究在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，睡眠調(diào)度

5、機(jī)制以及無線傳輸?shù)牟豢煽啃远伎赡軐?dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)丟包。本文通過綜合考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的睡眠調(diào)度以及無線傳輸?shù)膩G包率，提出了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制，以使得在每個時刻，能從當(dāng)前正在發(fā)送的編碼包/原始包中獲取/解出對自己有用數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié)點(diǎn)個數(shù)的期望值最大。本文首先證明了該問題是一個NP 難問題，并將該問題轉(zhuǎn)換成在構(gòu)摘要建的虛擬圖中尋找最大帶權(quán)團(tuán)問題。我們同時理論分析了傳感器節(jié)點(diǎn)的睡眠概率以及無線丟包率對網(wǎng)絡(luò)編碼收益的影響，并給出一個有效閾值

6、來判斷當(dāng)前的睡眠調(diào)度機(jī)制是否能節(jié)省基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)策略的能耗。最后，模擬結(jié)果表明，本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的策略能減少整個數(shù)據(jù)分發(fā)過程所需要的傳輸次數(shù)。
　　 (3)基于地理信息的K 任意組播路由協(xié)議的設(shè)計在多基站的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)可能需要將自己觀察到的數(shù)據(jù)發(fā)給所有N個基站中的任意K個。對于該傳輸模式，傳統(tǒng)的單播，多播等均不能很好的支持。本文提出了一個基于地理信息的K 任意組播路由協(xié)議，旨在將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)有效地