基于事件觸發(fā)的無線傳感器網絡關鍵技術研究.pdf

1、無線傳感器網絡(Wireless sensor networks,簡稱WSN)是由隨機撒布的大量傳感器節(jié)點組成的無線自組織網絡,其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區(qū)域內感知對象的信息,并發(fā)布給觀察者[1]。事件監(jiān)測是無線傳感器網絡的一個重要應用,事件監(jiān)測時無線傳感器網絡具有事件觸發(fā)的特點,事件觸發(fā)的無線傳感器網絡具有階段性、突發(fā)性、數據量大、冗余度高等特點。本文對事件觸發(fā)的無線傳感器網絡進行了分析,主要在節(jié)點定位算法、數據融合

2、技術、干擾避免協(xié)議、休眠機制和信息匯報方法這幾個方面進行了研究,主要工作及創(chuàng)新點包括:
　　 1.研究了適用于事件觸發(fā)傳感器網絡的節(jié)點定位算法,提出了移動節(jié)點輔助的垂直相交定位算法(Perpendicular Intersection,簡稱PI)。PI通過比較傳感器節(jié)點接收信號強度(Received Signal Strength Indicator,簡稱RSSI),得到傳感器節(jié)點間的幾何關系,來計算傳感器節(jié)點的位置,避免了傳統(tǒng)

3、方法中把RSSI直接轉化成物理距離帶來的誤差。還設計了PI定位算法中移動信標節(jié)點的最優(yōu)運動軌跡,提出了移動信標節(jié)點采用任意軌跡時的擴展PI定位算法。并在各種真實環(huán)境下進行實驗來驗證PI定位算法的性能,大量的實驗數據充分表明了該算法的優(yōu)越性。
　　 2.設計了事件觸發(fā)的數據融合技術(Event-oriented Data Aggregation,簡稱EDA)。EDA利用模糊數學里的隸屬云模型來描述同一物理事件的采樣信息之間的邏輯關

4、系,把各個傳感器節(jié)點采集的信息形成事件特征,只要把包含事件特征的融合數據包傳回基站,基站就可以恢復全部事件信息。EDA分布式算法可以處理多個相鄰事件同時發(fā)生和事件信息非正態(tài)分布的情況。通過理論分析、仿真和海上試驗平臺的歷史數據,證明了EDA的可行性和有效性。
　　 3.提出了事件觸發(fā)的干擾避免傳輸協(xié)議(Event-oriented Interference Avoidance,簡稱EIA)。EIA通過對傳感器節(jié)點的頻率分配和時間

5、調度,來避免事件信息傳輸過程中的干擾和沖突,實現相鄰節(jié)點無干擾的并行傳輸。同時給出了在監(jiān)測事件動態(tài)變化的時候,信息傳輸路徑的動態(tài)調整策略。理論分析和仿真實驗證明EIA明顯減少了傳輸過程中的干擾和沖突,提高了網絡效率。
　　 4.給出了事件觸發(fā)的節(jié)點休眠機制(Sleep Scheduling Algorithm,簡稱SSA)并設計了與之對應的信息匯報方法(Gradient Query Algorithm,簡稱GQA)。對于目標事件

6、監(jiān)測這類應用,不需要一直保持完全覆蓋監(jiān)測區(qū)域,只需要讓檢測到目標事件的傳感器節(jié)點保持活動就可以了。SSA可以找出每個傳感器節(jié)點的最優(yōu)休眠時間,讓大部分傳感器節(jié)點處于休眠狀態(tài),在節(jié)省能量的同時確保始終能監(jiān)測到移動的目標事件。GQA針對SSA休眠機制,由查詢事件觸發(fā),通過梯度路徑匯報目標事件信息,信息匯報梯度基于傳感器節(jié)點的休眠周期,這也是從用戶到目標事件信息源最短的路徑。通過理論分析和仿真證明了SSA和GQA在節(jié)省網絡能量上的性能。