基于事件觸發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor networks,簡稱WSN)是由隨機(jī)撒布的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò),其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)感知對象的信息,并發(fā)布給觀察者[1]。事件監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要應(yīng)用,事件監(jiān)測時(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有事件觸發(fā)的特點(diǎn),事件觸發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有階段性、突發(fā)性、數(shù)據(jù)量大、冗余度高等特點(diǎn)。本文對事件觸發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析,主要在節(jié)點(diǎn)定位算法、數(shù)據(jù)融合

2、技術(shù)、干擾避免協(xié)議、休眠機(jī)制和信息匯報(bào)方法這幾個(gè)方面進(jìn)行了研究,主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　 1.研究了適用于事件觸發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位算法,提出了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助的垂直相交定位算法(Perpendicular Intersection,簡稱PI)。PI通過比較傳感器節(jié)點(diǎn)接收信號強(qiáng)度(Received Signal Strength Indicator,簡稱RSSI),得到傳感器節(jié)點(diǎn)間的幾何關(guān)系,來計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的位置,避免了傳統(tǒng)

3、方法中把RSSI直接轉(zhuǎn)化成物理距離帶來的誤差。還設(shè)計(jì)了PI定位算法中移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡,提出了移動(dòng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)采用任意軌跡時(shí)的擴(kuò)展PI定位算法。并在各種真實(shí)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證PI定位算法的性能,大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分表明了該算法的優(yōu)越性。
　　 2.設(shè)計(jì)了事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)(Event-oriented Data Aggregation,簡稱EDA)。EDA利用模糊數(shù)學(xué)里的隸屬云模型來描述同一物理事件的采樣信息之間的邏輯關(guān)

4、系,把各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息形成事件特征,只要把包含事件特征的融合數(shù)據(jù)包傳回基站,基站就可以恢復(fù)全部事件信息。EDA分布式算法可以處理多個(gè)相鄰事件同時(shí)發(fā)生和事件信息非正態(tài)分布的情況。通過理論分析、仿真和海上試驗(yàn)平臺(tái)的歷史數(shù)據(jù),證明了EDA的可行性和有效性。
　　 3.提出了事件觸發(fā)的干擾避免傳輸協(xié)議(Event-oriented Interference Avoidance,簡稱EIA)。EIA通過對傳感器節(jié)點(diǎn)的頻率分配和時(shí)間

5、調(diào)度,來避免事件信息傳輸過程中的干擾和沖突,實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)無干擾的并行傳輸。同時(shí)給出了在監(jiān)測事件動(dòng)態(tài)變化的時(shí)候,信息傳輸路徑的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明EIA明顯減少了傳輸過程中的干擾和沖突,提高了網(wǎng)絡(luò)效率。
　　 4.給出了事件觸發(fā)的節(jié)點(diǎn)休眠機(jī)制(Sleep Scheduling Algorithm,簡稱SSA)并設(shè)計(jì)了與之對應(yīng)的信息匯報(bào)方法(Gradient Query Algorithm,簡稱GQA)。對于目標(biāo)事件

6、監(jiān)測這類應(yīng)用,不需要一直保持完全覆蓋監(jiān)測區(qū)域,只需要讓檢測到目標(biāo)事件的傳感器節(jié)點(diǎn)保持活動(dòng)就可以了。SSA可以找出每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)休眠時(shí)間,讓大部分傳感器節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài),在節(jié)省能量的同時(shí)確保始終能監(jiān)測到移動(dòng)的目標(biāo)事件。GQA針對SSA休眠機(jī)制,由查詢事件觸發(fā),通過梯度路徑匯報(bào)目標(biāo)事件信息,信息匯報(bào)梯度基于傳感器節(jié)點(diǎn)的休眠周期,這也是從用戶到目標(biāo)事件信息源最短的路徑。通過理論分析和仿真證明了SSA和GQA在節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量上的性能。