無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的線路規(guī)劃.pdf

1、近年來(lái)，人們將移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)引入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造了帶移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是直接數(shù)據(jù)傳送和周期性數(shù)據(jù)收集。在直接數(shù)據(jù)傳送中，感知節(jié)點(diǎn)采用單跳方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)；在周期性數(shù)據(jù)收集中，每輪數(shù)據(jù)收集包含如下步驟：移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)從固定位置出發(fā)，訪問(wèn)所有的感知節(jié)點(diǎn)，然后回到固定位置準(zhǔn)備下一輪數(shù)據(jù)收集。在這兩種方式的共同作用下，不僅需要考慮網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間、感知節(jié)點(diǎn)的能耗，更要考慮移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的續(xù)航能力、

2、感知節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗速度以及每輪的數(shù)據(jù)收集延遲。本文通過(guò)研究移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的線路規(guī)劃來(lái)解決引入移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)后出現(xiàn)的新問(wèn)題。本文的主要內(nèi)容如下：
　　首先，本論文研究了移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的最短線路規(guī)劃?？s短線路長(zhǎng)度是增加移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)續(xù)航能力的主要方法，以往的研究讓移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到感知節(jié)點(diǎn)附近位置進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，而沒(méi)有考慮感知節(jié)點(diǎn)信號(hào)空間特征，導(dǎo)致規(guī)劃的線路并不是最短線路。本文將考慮感知節(jié)點(diǎn)無(wú)線信號(hào)的空間覆蓋特性，規(guī)劃出最短的線路。在研究中

3、，感知節(jié)點(diǎn)被看作空間中的圓盤(pán)形區(qū)域，移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)穿越所有感知節(jié)點(diǎn)的圓盤(pán)形區(qū)域從而獲得最短線路。本文將移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)最短線路規(guī)劃問(wèn)題建模為混合整數(shù)非線性規(guī)劃，并分別提出了枚舉剪枝算法和變量分離算法來(lái)求解。枚舉剪枝算法是全局最優(yōu)算法，可以獲得最優(yōu)解；變量分離算法是局部最優(yōu)算法，可以獲得近似最優(yōu)解。大量實(shí)驗(yàn)表明，枚舉剪枝算法規(guī)劃可以規(guī)劃出最短線路，但算法復(fù)雜度高，適用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；變量分離算法可以規(guī)劃出近似最短線路，算法復(fù)雜度較低，適用于大規(guī)模

4、網(wǎng)絡(luò)。
　　其次，本論文研究了移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的能量平衡線路規(guī)劃。最短線路的研究發(fā)現(xiàn)：感知節(jié)點(diǎn)的能耗與移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)線路長(zhǎng)度之間存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，而以往的研究往往忽略這個(gè)問(wèn)題。本文將考慮感知節(jié)點(diǎn)能耗與移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)線路規(guī)劃的關(guān)系，為移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)規(guī)劃出能量平衡線路，使得所有感知節(jié)點(diǎn)能量消耗速率相同。在每輪數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，期望儲(chǔ)能少的感知節(jié)點(diǎn)的剩余能量較多，并將能量平衡線路規(guī)劃問(wèn)題建模為最大-最小優(yōu)化問(wèn)題。由于感知節(jié)點(diǎn)的能耗與通信半徑有直接

5、關(guān)系，本文將最大-最小優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的線路調(diào)整問(wèn)題和感知節(jié)點(diǎn)的通信半徑調(diào)整問(wèn)題，并分別提出錨點(diǎn)位置調(diào)整算法和通信半徑調(diào)整算法。大量實(shí)驗(yàn)表明：通過(guò)少數(shù)幾輪的數(shù)據(jù)收集，移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的線路就可以達(dá)到平衡狀態(tài)；當(dāng)移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的線路就處于能量平衡狀態(tài)時(shí)，所有感知節(jié)點(diǎn)能量消耗的速率基本一致。
　　最后，本文研究了對(duì)于移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的最小數(shù)據(jù)延遲線路規(guī)劃。從周期性數(shù)據(jù)收集模式可以看出：移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集的延遲較大，單純縮短移動(dòng)匯聚節(jié)