無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高能效數(shù)據(jù)收集協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有一定感知能力的傳感器節(jié)點組成的分布式感知系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前該領(lǐng)域的研究熱點包括：網(wǎng)絡(luò)定位和覆蓋、能量高效路由協(xié)議、數(shù)據(jù)融合和拓撲管理技術(shù)等。其中數(shù)據(jù)收集協(xié)議的設(shè)計貫穿了上述熱點的研究過程，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用中必需解決的關(guān)鍵問題之一。
　　 數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究的是如何通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從監(jiān)測區(qū)域?qū)⑿畔⒂酶咝У姆绞絺魉椭撂幚碇行?。鑒于傳感器節(jié)點的能量資源有限，因此數(shù)據(jù)收集協(xié)議在保證數(shù)據(jù)傳輸準

2、確性的條件下，應(yīng)該滿足低能耗的要求。論文以國家“十一·五”863項目--“基于智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)的典型危害農(nóng)作物動物聲防數(shù)字化產(chǎn)品的開發(fā)及其關(guān)鍵技術(shù)研究”為項目背景，研究高能效數(shù)據(jù)收集協(xié)議，以高效準確傳送信息和最大化網(wǎng)絡(luò)工作時間為目標，主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　　 1．針對大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，在分析現(xiàn)有的一些分簇協(xié)議的基礎(chǔ)之上，給出一種基于節(jié)點ID的平衡分簇算法(IDBCA)，該算法不僅能對網(wǎng)絡(luò)快速分簇，而且能獲得合理的

3、分簇結(jié)構(gòu)。提出以節(jié)點能量為主要競爭參數(shù)的分簇算法(ECA)。ECA算法與傳統(tǒng)的分簇算法相比，具有簇頭分布合理，穩(wěn)定性好，能有效延長網(wǎng)絡(luò)生存期的優(yōu)點。
　　 2．針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點密度高，冗余數(shù)據(jù)量大的特點，為了降低簇內(nèi)數(shù)據(jù)收集能耗和無線通信的信道干擾，研究了分簇情況下的簇內(nèi)節(jié)點調(diào)度方法。首先，在理論上推導(dǎo)了簇內(nèi)活動節(jié)點數(shù)的計算方法；然后，給出了如何確定具體工作節(jié)點的算法。
　　 3．針對事件驅(qū)動型傳感器網(wǎng)絡(luò)中高能效

4、收集數(shù)據(jù)的需要，提出一種基于分簇的多路徑數(shù)據(jù)收集協(xié)議(CBMDGP)，該協(xié)議綜合了分簇協(xié)議和多路徑傳輸方式的優(yōu)點。首先，位于事件區(qū)域的節(jié)點根據(jù)鄰居節(jié)點的分布情況和自身的剩余能量進行簇首競爭，由于位于事件區(qū)域外的節(jié)點不參與簇首競爭，所以能降低成簇階段網(wǎng)絡(luò)的能耗；然后，利用蟻群算法(ACA)并行搜索從簇首節(jié)點至匯聚節(jié)點的多條傳輸路徑，并動態(tài)地選擇一條路徑傳輸數(shù)據(jù)。因為蟻群算法尋路過程中綜合考慮了路徑長度、能耗等因素，因此能有效地均衡網(wǎng)絡(luò)的能

5、耗。此外，CBMDGP協(xié)議還給出一種基于支持度的加權(quán)融合算法，該算法具有實現(xiàn)簡便、數(shù)據(jù)融合含義清晰的特點，適合在能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用。
　　 4．針對具體的項目背景，根據(jù)無線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的特點，設(shè)計開發(fā)了基于JN5148模塊的智能聲防系統(tǒng)。為了實現(xiàn)系統(tǒng)中高能效收集數(shù)據(jù)及對目標的持續(xù)監(jiān)測，提出了一種基于簇的數(shù)據(jù)收集協(xié)議(CDGP)。首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點，給出一種滿足覆蓋要求的執(zhí)行器節(jié)點數(shù)確定方法；然后根據(jù)持續(xù)監(jiān)測目標的