無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能相關(guān)問題研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)、微處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，可以由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡稱WSN)。傳感器網(wǎng)絡(luò)1中存在節(jié)點(diǎn)2能量和存儲(chǔ)消耗不平衡的問題。在傳統(tǒng)的多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)感應(yīng)的所有數(shù)據(jù)都通過節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)作傳送到網(wǎng)絡(luò)的外部接口Sink，靠近Sink的節(jié)點(diǎn)因?yàn)橐D(zhuǎn)發(fā)大量數(shù)據(jù)而能量消耗較快。在以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)(Data-Centric Storage

2、，簡稱DCS)機(jī)制中，節(jié)點(diǎn)感應(yīng)的數(shù)據(jù)按名字在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部選擇節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)，查詢請(qǐng)求也按名字發(fā)送到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。這些存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)由于要接收大量的數(shù)據(jù)并處理用戶的查詢請(qǐng)求，能量和存儲(chǔ)消耗較快。
　　 由于傳感器節(jié)點(diǎn)受到體積和成本等因素的限制，節(jié)點(diǎn)的能量和存儲(chǔ)空間都非常有限。節(jié)點(diǎn)通常采用電池進(jìn)行供電，能量有限且能量耗盡之后難以補(bǔ)充，成為目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的“瓶頸“問題。節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間的限制則可能引起數(shù)據(jù)丟失，影響網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。因此，有效

3、利用節(jié)點(diǎn)的能量和存儲(chǔ)空間、延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。
　　 本文對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上深入研究了多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量洞問題和DCS的相關(guān)問題，取得了若干創(chuàng)新和研究成果。本文的主要貢獻(xiàn)包括：
　　 1、針對(duì)固定層邊界模型對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的限制，提出MOL(Minimum Overlapping Layer)策略，引入動(dòng)態(tài)層邊界的思想，平衡不同簇頭之間的能量消耗。在M

4、OL策略中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)到Sink的距離將節(jié)點(diǎn)分為不同的層，每一層又可以包含多個(gè)簇。當(dāng)簇頭的剩余能量降低到門限值時(shí)，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)重建。節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)重建前后的層編號(hào)可以不同，則這些層編號(hào)發(fā)生變化的節(jié)點(diǎn)引起層邊界的移動(dòng)及簇大小的變化。因此，在網(wǎng)絡(luò)生命周期中，相鄰層之間的邊界會(huì)根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)變化，簇的大小也是動(dòng)態(tài)變化的。MOL策略克服了靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞南拗?，可以適應(yīng)于初始拓?fù)溥B通的任意網(wǎng)絡(luò)，平衡不同簇頭之間的能量消耗，對(duì)網(wǎng)絡(luò)壽命有較大改善。
　　

5、2、研究多對(duì)一通信模式下的多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)能量洞問題，在連續(xù)空間對(duì)節(jié)點(diǎn)通信負(fù)載分布特性進(jìn)行分析，以反映層邊界動(dòng)態(tài)變化的過程，同時(shí)還分析了空閑偵聽對(duì)能量消耗的影響?；谪?fù)載分布特征的分析結(jié)果，提出負(fù)載相似節(jié)點(diǎn)分布(load similar node distribution)策略，即根據(jù)負(fù)載分布特性進(jìn)行節(jié)點(diǎn)配置，在負(fù)載重的區(qū)域配置較多的節(jié)點(diǎn)，以平衡各區(qū)域節(jié)點(diǎn)的能量消耗，解決傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量洞問題。與現(xiàn)有的一種非均勻節(jié)點(diǎn)分布和均勻節(jié)點(diǎn)分布策略

6、相比，負(fù)載相似節(jié)點(diǎn)分布有助于平衡不同區(qū)域節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗，對(duì)網(wǎng)絡(luò)壽命有較大改善。盡管本文提出的負(fù)載相似節(jié)點(diǎn)分布策略是基于動(dòng)態(tài)層邊界模型，但這里提出的分析模型和節(jié)點(diǎn)分布策略可以適用于其他的多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　 3、針對(duì)以數(shù)據(jù)為中心的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制的熱點(diǎn)問題，提出能量有效的熱點(diǎn)感知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略SASS(hotSpot-Aware data Storage Scheme)。節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的事件根據(jù)事件類型產(chǎn)生存儲(chǔ)位置，并路由到距