傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵算法研究.pdf

1、傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對(duì)象的信息并對(duì)其進(jìn)行處理，將信息傳送到用戶。在軍事、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、空間探索以及工業(yè)、民用和家庭網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家預(yù)言傳感器網(wǎng)絡(luò)將成為新世紀(jì)人們生活的重要組成部分。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要使用無線電技術(shù)進(jìn)行通信，與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)不同，因?yàn)樗鼈兺ǔ＿\(yùn)行在人無法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中，電池?zé)o法進(jìn)行充電，

2、設(shè)計(jì)有效的協(xié)議及算法延長網(wǎng)絡(luò)的生存周期成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。因此目前的無線網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad-hoc)以及藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議理論不適合于傳感器網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型、協(xié)議及算法的研究成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問題。 本文主要在以下5個(gè)方面進(jìn)行了研究：1)在LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)基礎(chǔ)上給出了LEACH中最優(yōu)簇首數(shù)目計(jì)算公式應(yīng)用的限定條件，提出了比此限定條件更寬的

3、新的最優(yōu)簇首數(shù)目計(jì)算公式，證明了在新的限定條件下傳感器網(wǎng)絡(luò)生存期最長。通過仿真驗(yàn)證了在同樣的簇首數(shù)目條件下，傳感器網(wǎng)絡(luò)的耗能與簇首位置分布有關(guān)，在簇首分布均勻的情況下能量消耗較小，提出了選擇均勻分布簇首的遞歸算法，對(duì)算法復(fù)雜度進(jìn)行了分析并利用仿真驗(yàn)證了算法的有效性。 2)提出了供移動(dòng)對(duì)象之間通信的中繼傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型，對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象通信的命中率參數(shù)進(jìn)行了理論分析，給出了針對(duì)這種模型、基于郵箱的拉模式與推模式算法性能對(duì)比的臨界條件，

4、為算法的選擇提供了理論依據(jù)。為了進(jìn)一步提高通信效率，對(duì)該模型網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域劃分方案進(jìn)行了研究，提出了滿足命中率的關(guān)于區(qū)域劃分的理論參考公式。 3)參考藍(lán)牙無線自組織網(wǎng)絡(luò)的研究背景，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包調(diào)度和路由算法進(jìn)行了研究，從理論上證明了AFP算法優(yōu)于RR算法。提出了一種新的適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的RTSA調(diào)度算法和MSRT路由算法，經(jīng)仿真驗(yàn)證了算法具有較高的調(diào)度命中率和平均線路利用率，因此該算法更節(jié)能，具有更長的網(wǎng)絡(luò)生存期。 4

5、)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步問題進(jìn)行了研究。時(shí)鐘同步是任何分布式系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)需要確定準(zhǔn)確的事件時(shí)間序列時(shí)，進(jìn)行時(shí)鐘同步是很重要的。例如，利用振動(dòng)時(shí)間序列的檢測對(duì)物體移動(dòng)速度進(jìn)行估計(jì)；測定聲速進(jìn)行物體定位；避免不同的傳感器對(duì)相同的事件重復(fù)檢測，產(chǎn)生冗余信息。目前，時(shí)鐘同步問題面臨著許多挑戰(zhàn)：首先，資源的限制如有限的電池和有限的帶寬，使得大部分算法盡力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牡烷_銷。第二、無線介質(zhì)的廣播本質(zhì)引入了數(shù)據(jù)包的沖突甚至

6、丟失，這就增大了數(shù)據(jù)包路由的延遲方差。第三、傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多低廉的傳感器組成，用低廉的晶體提供時(shí)鐘，這樣的時(shí)鐘更容易漂移，且漂移速率未知。 本文提出了基于節(jié)能的事件驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘同步算法，對(duì)時(shí)鐘同步的誤差進(jìn)行了分析，給出了基于概率的信道延遲產(chǎn)生誤差的理論估計(jì)方法，本文提出的時(shí)鐘同步算法，能夠滿足時(shí)間驅(qū)動(dòng)型傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步要求，在事件發(fā)生頻率不高的情況下，顯著節(jié)省了能量消耗。 5)針對(duì)海洋探測的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合聲波在水下傳播