可生存的傳感網(wǎng)拓?fù)淇刂品椒ㄑ芯?pdf

1、可生存拓?fù)淇刂剖菬o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)之一，能夠增強(qiáng)惡劣/惡意環(huán)境下的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可生存能力，延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作壽命，提高服務(wù)質(zhì)量。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存拓?fù)淇刂浦饕轻槍?duì)惡劣環(huán)境下因節(jié)點(diǎn)失敗導(dǎo)致的拓?fù)浞至?，研究如何維持拓?fù)涞目缮婺芰Γ詼p少節(jié)點(diǎn)失敗對(duì)拓?fù)淇缮嫘缘挠绊憽?br>　　 近年來(lái)，隨著微機(jī)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件性能不斷增強(qiáng)，在節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力、供電能力和通信能力等方面都有了長(zhǎng)足提高。但是，工作在惡劣

2、/惡意環(huán)境下的節(jié)點(diǎn)其供電模塊的更換代價(jià)仍然較大，而且較長(zhǎng)工作壽命的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)仍具有重大的實(shí)際意義。另一方面，在討論拓?fù)涞目缮婺芰r(shí)，當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存拓?fù)淇刂萍夹g(shù)往往僅作定性評(píng)估，缺少拓?fù)淇缮婺芰Φ亩吭u(píng)估機(jī)制，不能有效指導(dǎo)進(jìn)一步的拓?fù)渚S持操作。本文在對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂瓶缮婕夹g(shù)等相關(guān)工作進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)基于冗余復(fù)用的節(jié)能傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存拓?fù)淇刂萍夹g(shù)和拓?fù)淇刂瓶缮婺芰Χ吭u(píng)估等進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。論

3、文主要工作包括如下幾個(gè)方面：
　　 (1)綜述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存拓?fù)淇刂频南嚓P(guān)研究成果，從節(jié)能、容錯(cuò)和容侵的拓?fù)淇刂迫齻€(gè)方面對(duì)現(xiàn)有拓?fù)淇刂扑惴ㄟM(jìn)行了綜合分析，歸納出各自的工作思想和優(yōu)缺點(diǎn)，指出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存拓?fù)淇刂泼媾R的挑戰(zhàn)。
　　 (2)提出了基于能量意識(shí)的簇頭選舉方法及簇內(nèi)基于時(shí)間片的動(dòng)態(tài)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(Active Node)負(fù)責(zé)的可生存拓?fù)淇刂茩C(jī)制。針對(duì)LEACH拓?fù)淇刂茀f(xié)議簇頭產(chǎn)生數(shù)目的隨機(jī)性和簇頭分布的

4、隨機(jī)性無(wú)法保證節(jié)點(diǎn)能耗均衡的情形，該機(jī)制利用能量意識(shí)的思想盡量避免能量低的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭，同時(shí)采用基于時(shí)間片的冗余復(fù)用機(jī)制，以動(dòng)態(tài)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)輪轉(zhuǎn)簇頭任務(wù)，在簇內(nèi)實(shí)現(xiàn)能耗負(fù)載輪值。仿真實(shí)驗(yàn)表明該機(jī)制有效克服了LEACH協(xié)議中節(jié)點(diǎn)能耗不均勻現(xiàn)象，避免了在全網(wǎng)能量較多而單個(gè)節(jié)點(diǎn)能量耗盡過(guò)早死亡導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)可生存能力下降問(wèn)題，能夠推遲節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間，增強(qiáng)了拓?fù)涞目缮婺芰Α?br>　　 (3)為對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)起新一輪可生存拓?fù)涓?自再生操作提供決

5、策依據(jù)，提出了基于半馬爾可夫過(guò)程(SMP)的拓?fù)淙萸挚缮婺芰Χ吭u(píng)估模型。傳感器網(wǎng)絡(luò)因故障/入侵導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)死亡而啟動(dòng)拓?fù)涓虏僮鞅仨毥⒃谡_衡量拓?fù)洚?dāng)前可生存能力的基礎(chǔ)之上，考慮到節(jié)點(diǎn)計(jì)算、存儲(chǔ)、通信等能力的諸多限制，該模型避免對(duì)不同入侵威脅行為進(jìn)行描述建模的復(fù)雜性，在入侵結(jié)果統(tǒng)一層面上建模，簡(jiǎn)化了模型設(shè)計(jì)。定義了容侵拓?fù)涞目捎眯?、穩(wěn)定性和服務(wù)率三個(gè)屬性，并利用內(nèi)嵌DTMC模型求解這三個(gè)指標(biāo)，設(shè)計(jì)容侵指標(biāo)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理模型，提高了拓

6、撲容侵能力評(píng)估的準(zhǔn)確性。針對(duì)兩個(gè)具體的可生存拓?fù)淇刂茩C(jī)制，由仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該評(píng)估模型的有效性。
　　 (4)提出了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)支持的三角形貼片式拓?fù)涓采w空洞修補(bǔ)方法PATT。針對(duì)加入少量移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的混合傳感器網(wǎng)絡(luò)，受計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中三角網(wǎng)格模型啟發(fā)，研究移動(dòng)節(jié)點(diǎn)支持的拓?fù)渥栽偕椒ǎ谕負(fù)湟蚬?jié)點(diǎn)死亡出現(xiàn)拓?fù)涓盍褧r(shí)，對(duì)覆蓋空洞進(jìn)行修復(fù)，以使節(jié)點(diǎn)盡可能均勻分布而覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域，確保生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的生存能力。從理論上證明了一種最優(yōu)的

7、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)位置，以及基于該位置部屬移動(dòng)節(jié)點(diǎn)擁有90％以上的感知覆蓋率。利用覆蓋空洞邊緣節(jié)點(diǎn)提供的輔助信息，通過(guò)三角形貼片方式，逐步增加移動(dòng)節(jié)點(diǎn)以提高感知覆蓋和通信覆蓋能力，提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目缮婺芰Γ覐睦碚撋献C明了該方法的最優(yōu)。
　　 (5)設(shè)計(jì)了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多跳路由算法。選擇農(nóng)業(yè)精量灌溉為可生存拓?fù)淇刂茟?yīng)用背景，設(shè)計(jì)基于可生存分簇拓?fù)涞亩嗵酚伤惴?，增?qiáng)了傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的可生存能力；采用自適應(yīng)加