無線傳感器網絡節(jié)能與生存時間感知的數(shù)據收集算法.pdf

1、近年來，隨著芯片技術、通信技術和傳感器技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網絡得到了廣泛的應用。無線傳感器網絡由大量的集成有傳感器單元、數(shù)據處理單元及無線通信單元的節(jié)點組成，節(jié)點與節(jié)點之間采用自組織的方式構成網絡。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)測對象的信息，并發(fā)送給數(shù)據接收者，可廣泛地應用于國防軍事、環(huán)境檢測、反恐抗災、醫(yī)療衛(wèi)生等領域。 無線傳感器網絡中的節(jié)點一般采用電池供電，且通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的環(huán)境

2、中，因此節(jié)點在能量的供給上受到了很大的限制。如何節(jié)省節(jié)點的能量以延長網絡的生存時間，是無線傳感器網絡研究領域的重要課題。 本文著重研究了無線傳感器網絡的數(shù)據收集問題，以延長網絡生存時間為主要目的。網絡生存時間與節(jié)點的能耗密切相關，一旦某些關鍵節(jié)點的能量耗竭，網絡就無法正常工作。網絡的能耗主要由傳輸數(shù)據產生，它與節(jié)點之間的距離有關，距離越大，能耗也越大。因此，在網絡中經常采用短距離多跳（Multi—hop）傳輸方式來傳輸數(shù)據，以此

3、降低能耗。但多跳傳輸會增大數(shù)據傳遞的時延。考慮到多跳傳輸會引起不同節(jié)點能量消耗不均的問題——越是靠近基站的節(jié)點由于轉發(fā)的數(shù)據分組量大，其能量消耗得也越快，本文提出了生存時間感知的數(shù)據收集算法（LDGA，Lifetime—awareDataGatheringAlgorithm）。LDGA綜合考慮網絡中各節(jié)點的剩余能量與節(jié)點間傳輸數(shù)據的能量消耗，構建出延長網絡生存時間的數(shù)據收集樹。仿真分析表明，該算法可以顯著地延長網絡生存時間。 為

4、了權衡節(jié)點能耗與數(shù)據傳遞時延，本文還提出一種能耗感知的優(yōu)化網絡生存時間的數(shù)據收集算法，稱之為分流路由算法（DTRA，DiffluentTrafficRoutingAlgorithm）。DTRA算法采用一個優(yōu)化模型以改善每個節(jié)點發(fā)出數(shù)據比例，并采用遺傳算法求解該優(yōu)化問題，從而達到權衡網絡生存時間和數(shù)據分組跳數(shù)。仿真結果表明：DTRA算法能顯著地提高網絡的生存時間，同時將數(shù)據分組平均跳數(shù)保持在一個較低的水平；在網絡生存時間上，DTRA算法也