無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量高效組建關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是指由密布在感知區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建可不依賴于任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它是一種無(wú)中心、分布式、多跳傳輸、自組織的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。由于其具有可快速部署、抗毀性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)精度高、覆蓋區(qū)域大等特點(diǎn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。傳感器節(jié)點(diǎn)多采用電池進(jìn)行供電，能量十分有限，因此如何高效利用傳感器節(jié)點(diǎn)的有限能量，盡可能的延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本研究目標(biāo)。

2、針對(duì)這一研究目標(biāo)，本文對(duì)能量高效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括地址分配技術(shù)、密度控制技術(shù)、拓?fù)淇刂萍夹g(shù)和接入技術(shù)進(jìn)行了研究，通過在其中使用節(jié)能技術(shù)，提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　傳感器節(jié)點(diǎn)的地址自動(dòng)分配是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建的前提和基礎(chǔ)。地址分配協(xié)議的效率對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗也有著一定的影響。為了方便傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet的互聯(lián)，考慮到 IPv6可以提供大量網(wǎng)絡(luò)地址，更符合無(wú)線傳感

3、器網(wǎng)絡(luò)要求地址數(shù)量較多的這個(gè)特點(diǎn)，本文為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了一種基于多代理的IPv6地址自動(dòng)配置協(xié)議SNMAAP。通過在網(wǎng)絡(luò)中使用地址代理節(jié)點(diǎn)，不僅可以使節(jié)點(diǎn)在很短的時(shí)間內(nèi)獲得可用地址，也大大降低了地址出現(xiàn)沖突的概率和網(wǎng)絡(luò)開銷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同條件下SNMAAP協(xié)議不僅保證了IPv6地址的唯一分配，協(xié)議的開銷、延遲和重復(fù)檢測(cè)開銷也均較小。
　　在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通常密布著大量傳感器節(jié)點(diǎn)。如果讓所有的傳感器節(jié)點(diǎn)都工作，不僅會(huì)出現(xiàn)大

4、量冗余信息，也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐率、帶寬、時(shí)延、能量等造成很大影響，因此需要使用密度控制技術(shù)，在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)連通的前提下減少工作節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。本文為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出一種密度控制算法SNDC，通過使用此算法只要令盡量少的傳感器節(jié)點(diǎn)處于活躍工作狀態(tài)中，就可獲得對(duì)一個(gè)感知區(qū)域的連通的完全覆蓋。不活躍的傳感器可以關(guān)閉它們的感知模塊來(lái)節(jié)約能量。與其它算法不同，本算法不依賴于傳感器節(jié)點(diǎn)的精確位置信息或者距離信息。它只要求每個(gè)活躍的傳感器節(jié)點(diǎn)周期性的

5、發(fā)送三個(gè)不同傳輸距離的信標(biāo)幀，傳感器節(jié)點(diǎn)可以由此決定是否保持活躍狀態(tài)或者不活躍狀態(tài)。此算法也是具有容錯(cuò)性的，當(dāng)任何活躍的傳感器節(jié)點(diǎn)因?yàn)槟芰亢谋M或者出現(xiàn)故障而失效時(shí)，一個(gè)或多個(gè)不活躍的傳感器節(jié)點(diǎn)可以轉(zhuǎn)化為活躍節(jié)點(diǎn)來(lái)接管工作。在假設(shè)RC≥2RS的前提下，本文的算法可獲得接近最優(yōu)的連通覆蓋，其中RC為傳感器節(jié)點(diǎn)的通信半徑，RS為傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑。
　　拓?fù)淇刂萍夹g(shù)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能也有著直接的影響。本文在本地最小生成樹LMST算法

6、的基礎(chǔ)上，提出一種能量均衡的拓?fù)淇刂扑惴‥BTCA。該算法在構(gòu)建局部最小生成樹時(shí)不僅考慮了節(jié)點(diǎn)間的通信能耗，也考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量，從而既能使局部總能耗接近最小化，又獲得了節(jié)點(diǎn)能量平衡的效果，解決了網(wǎng)絡(luò)中“瓶頸”節(jié)點(diǎn)因負(fù)載過大較快死亡的問題，延長(zhǎng)了節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間，進(jìn)而延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生命期。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 EBTCA算法在保證了較低的端到端時(shí)延、較高的吞吐量與投遞率等前提下，提高了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生存節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，有效地延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　當(dāng)無(wú)線傳

7、感器網(wǎng)絡(luò)接入到 Internet中時(shí)，可以更好的發(fā)揮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用。傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入策略沒有對(duì)多 sink網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行負(fù)載平衡處理，也沒有考慮 sink節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的負(fù)載平衡問題，這樣不僅會(huì)使接入延遲較大，也會(huì)大量消耗節(jié)點(diǎn)能量，縮短網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間。本文提出了一種在多 sink環(huán)境下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入策略 ELSIC，將 sink節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置為代理節(jié)點(diǎn)，綜合考慮能量、延遲、距離等

8、因素，通過負(fù)載平衡策略，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的接入負(fù)載分?jǐn)偨o每個(gè)代理節(jié)點(diǎn)和 sink節(jié)點(diǎn)，這樣既可減少接入延遲，又延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同的條件下 ELSIC策略不僅實(shí)現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)與 Internet的數(shù)據(jù)接入，其接入延遲更小，節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間更長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間更久，吞吐量也較高。
　　為了考察在組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)過程中綜合使用本文研究?jī)?nèi)容時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能和節(jié)能效果，本文對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，并將此網(wǎng)絡(luò)于