關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的幾個(gè)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用分布式處理，具有監(jiān)測(cè)精度高、容錯(cuò)性能好、覆蓋區(qū)域大、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等眾多優(yōu)點(diǎn)，在軍事、交通、數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，因而引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。但是由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受到體積和成本等方面的限制，采用攜帶的電池，能量補(bǔ)充困難而且能量相對(duì)較少，這是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的“瓶頸”問題。因此，在保障監(jiān)測(cè)任務(wù)的前提下，如何降低能耗，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。 本論文針對(duì)

2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題，從冗余節(jié)點(diǎn)的運(yùn)用、節(jié)點(diǎn)分布均勻性對(duì)能量管理的影響、基于節(jié)點(diǎn)梯次移動(dòng)的節(jié)能路由和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理等幾個(gè)方面研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題，并提出了相應(yīng)的解決方案。本論文的研究工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No．60572035）和通信與信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（No．JD100040513）的資助。論文的部分成果已經(jīng)獲得了國(guó)家發(fā)明專利的授權(quán)（專利號(hào)：ZL200610067188．7）。 論文的主要

3、工作與創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1．提出了基于冗余節(jié)點(diǎn)樹的延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的方法。其基本思想是在整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，充分利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)冗余節(jié)點(diǎn)構(gòu)建冗余節(jié)點(diǎn)樹，使得簇內(nèi)的冗余節(jié)點(diǎn)在為其對(duì)應(yīng)的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)服務(wù)的同時(shí)，也能夠?yàn)檎麄€(gè)簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，從而提高節(jié)點(diǎn)的生命周期，延長(zhǎng)整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。 2．提出了對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布均勻性的評(píng)價(jià)方法。該方法在均勻設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，以最理想布點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，采用最大最小空穴

4、半徑的均勻性度量方法，從密集性偏差和稀疏性偏差來評(píng)價(jià)整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布的分布均勻性。 3．提出了一種新的基于節(jié)點(diǎn)均勻性的無線傳感器網(wǎng)格移動(dòng)部署算法。該算法依托網(wǎng)格劃分，使節(jié)點(diǎn)在相鄰網(wǎng)格間進(jìn)行移動(dòng)，盡可能使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分布均勻，相應(yīng)的策略是使最大空穴半徑與最小空穴半徑無限接近，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的目的。 4．提出了基于節(jié)點(diǎn)梯次移動(dòng)的節(jié)能路由算法。該算法包括判斷冗余節(jié)點(diǎn)算法、尋找瓶頸節(jié)點(diǎn)算法以及選擇最佳節(jié)點(diǎn)

5、移動(dòng)路徑算法。由于考慮了節(jié)點(diǎn)移動(dòng)消耗能量、節(jié)點(diǎn)剩余能量和節(jié)點(diǎn)分布密度等因素，運(yùn)用層次分析法，在多條件約束情況下找到最佳的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)路徑，形成節(jié)能的新路由，從而保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作，延長(zhǎng)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效工作時(shí)間。 5．提出了一個(gè)通用的大規(guī)模（多種業(yè)務(wù)、多個(gè)地域、超大節(jié)點(diǎn)規(guī)模）的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的分層模型。整個(gè)模型分為五層，從上到下依次為：綜合管理層、業(yè)務(wù)管理層、網(wǎng)絡(luò)代理管理層、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理層和普通節(jié)點(diǎn)管理層，

6、具體功能除了計(jì)費(fèi)管理、配置管理、性能管理、故障管理、安全管理外，還包括能量管理、感知管理、通信管理和策略管理四大功能，同時(shí)論文對(duì)該模型的可靠性進(jìn)行了分析和仿真。 6．提出了一個(gè)通用大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和其它網(wǎng)管的數(shù)據(jù)交換模型。在模型中定義了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以及其他網(wǎng)管系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換方法和接口標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)應(yīng)的交換原語中，為了減小相互影響，實(shí)現(xiàn)最大限度的解耦，避免系統(tǒng)在交互過程中使用阻塞方式