無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能與生存時(shí)間感知的數(shù)據(jù)收集算法.pdf

1、近年來，隨著芯片技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量的集成有傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元及無線通信單元的節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間采用自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。其目的是協(xié)作感知、采集和處理布控區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并發(fā)送給數(shù)據(jù)接收者，可廣泛地應(yīng)用于國(guó)防軍事、環(huán)境檢測(cè)、反恐抗災(zāi)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，且通常運(yùn)行在人無法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的環(huán)境

2、中，因此節(jié)點(diǎn)在能量的供給上受到了很大的限制。如何節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的重要課題。 本文著重研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集問題，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間為主要目的。網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間與節(jié)點(diǎn)的能耗密切相關(guān)，一旦某些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的能量耗竭，網(wǎng)絡(luò)就無法正常工作。網(wǎng)絡(luò)的能耗主要由傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生，它與節(jié)點(diǎn)之間的距離有關(guān)，距離越大，能耗也越大。因此，在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常采用短距離多跳（Multi—hop）傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)，以此

3、降低能耗。但多跳傳輸會(huì)增大數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)延。考慮到多跳傳輸會(huì)引起不同節(jié)點(diǎn)能量消耗不均的問題——越是靠近基站的節(jié)點(diǎn)由于轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組量大，其能量消耗得也越快，本文提出了生存時(shí)間感知的數(shù)據(jù)收集算法（LDGA，Lifetime—awareDataGatheringAlgorithm）。LDGA綜合考慮網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的剩余能量與節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)的能量消耗，構(gòu)建出延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的數(shù)據(jù)收集樹。仿真分析表明，該算法可以顯著地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。 為

4、了權(quán)衡節(jié)點(diǎn)能耗與數(shù)據(jù)傳遞時(shí)延，本文還提出一種能耗感知的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的數(shù)據(jù)收集算法，稱之為分流路由算法（DTRA，DiffluentTrafficRoutingAlgorithm）。DTRA算法采用一個(gè)優(yōu)化模型以改善每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)比例，并采用遺傳算法求解該優(yōu)化問題，從而達(dá)到權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和數(shù)據(jù)分組跳數(shù)。仿真結(jié)果表明：DTRA算法能顯著地提高網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，同時(shí)將數(shù)據(jù)分組平均跳數(shù)保持在一個(gè)較低的水平；在網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間上，DTRA算法也