具有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法和數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以一種新的信息獲取方式與處理模式，將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界聯(lián)系起來(lái)，改變?nèi)祟?lèi)與自然界的交互方式，實(shí)現(xiàn)了物理世界、計(jì)算世界以及人類(lèi)社會(huì)的互通。節(jié)點(diǎn)定位是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所有應(yīng)用的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)收集是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的應(yīng)用。目前開(kāi)展的定位算法和數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究主要針對(duì)靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在靜態(tài)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)法完全覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，未被覆蓋的節(jié)點(diǎn)只能近似估計(jì)自己的位置。移動(dòng)信標(biāo)的引入，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，

2、它們可以移動(dòng)到未被覆蓋的盲區(qū)，同這些節(jié)點(diǎn)直接通信，提供較為精準(zhǔn)的定位坐標(biāo)。同樣，在靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，“熱點(diǎn)效應(yīng)”將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不連通，影響興趣數(shù)據(jù)的收集。移動(dòng)sink的出現(xiàn)正好解決了這個(gè)問(wèn)題，它不僅可以轉(zhuǎn)移高能耗區(qū)域，均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，更能直接和節(jié)點(diǎn)通信，提高數(shù)據(jù)收集性能。
　　 為了提高定位精度、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，本文針對(duì)具有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)了節(jié)點(diǎn)定位算法和數(shù)據(jù)收集協(xié)議的研究，主要研究成果包

3、括:
　　 (1)基于Gauss-Markov移動(dòng)模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)定位算法(ALA-GM)
　　 Gauss-Markov移動(dòng)模型是一種隨機(jī)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)模型，為了改進(jìn)它的隨機(jī)性，提出了一種基于Gauss-Markov移動(dòng)模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)定位算法(ALA-GM)。該算法由速度調(diào)整策略、中垂線策略和虛擬力策略組成。速度調(diào)整策略可以使移動(dòng)信標(biāo)根據(jù)環(huán)境的改變自動(dòng)的調(diào)整它的速度;中垂線策略對(duì)移動(dòng)信標(biāo)的軌跡進(jìn)行局部調(diào)

4、整，保證所有未知節(jié)點(diǎn)獲得盡可能多的非共線虛擬信標(biāo)坐標(biāo);而虛擬力策略不僅可以促使移動(dòng)信標(biāo)快速的離開(kāi)已定位節(jié)點(diǎn)，還能使它從邊界外快速的返回監(jiān)測(cè)區(qū)域。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，ALA-GM可以減少算法的運(yùn)行時(shí)間，提高定位精度。
　　 (2)具有移動(dòng)sink的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議:EBRP、CRP-FT、IGMM和FCM
　　 四種協(xié)議都可以均衡節(jié)點(diǎn)能耗，延緩“能量空洞”的出現(xiàn)。EBRP是采用分簇機(jī)制、sink隨機(jī)移動(dòng)的數(shù)據(jù)

5、收集協(xié)議;CRP-FT是采用分簇機(jī)制、sink固定移動(dòng)的數(shù)據(jù)收集協(xié)議;IGMM和FCM是sink隨機(jī)移動(dòng)或固定移動(dòng)的非分簇?cái)?shù)據(jù)收集協(xié)議。
　　 (3)事件驅(qū)動(dòng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議:EDDGP和ACBP
　　 事件驅(qū)動(dòng)型數(shù)據(jù)收集協(xié)議中，興趣事件發(fā)生后，sink移動(dòng)到它的附近進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。EDDGP協(xié)議中，提出了一種自適應(yīng)評(píng)估模型選出簇頭，包括節(jié)點(diǎn)分類(lèi)，模糊等級(jí)劃分，評(píng)價(jià)函數(shù)和自適應(yīng)網(wǎng)格幾個(gè)步驟。當(dāng)sink接收到數(shù)據(jù)

6、請(qǐng)求包后，移動(dòng)到信源簇頭附近開(kāi)始收集簇內(nèi)興趣事件。理論研究和仿真實(shí)驗(yàn)表明EDDGP能減小sink位置更新能耗，均衡節(jié)點(diǎn)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。針對(duì)興趣事件頻繁發(fā)生的場(chǎng)景，提出了ACBP協(xié)議。該協(xié)議首先分析了簇頭分布不均勻的劣勢(shì)，然后提出了近似均勻分簇準(zhǔn)則，并考慮了簇頭直接通信和簇頭多跳通信兩種情況。理論分析證明了ACBP優(yōu)于ALURP協(xié)議，然后從sink移動(dòng)次數(shù)、節(jié)點(diǎn)密度和通信半徑三個(gè)方面對(duì)它們進(jìn)行了比較。
　　 (4)具有多

7、個(gè)移動(dòng)sinks的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議(MSGP)
　　 大部分的具有移動(dòng)sink的研究工作只考慮了使用單個(gè)sink。而隨著應(yīng)用區(qū)域的擴(kuò)大，離sink較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)傳遞興趣事件消耗的能量也將增大，且實(shí)時(shí)性降低。鑒于此，提出了一種具有多個(gè)sinks的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議。劃定若干圓形簇頭候選區(qū)域、固定成員區(qū)域和公共區(qū)域進(jìn)行近似均勻分簇。Multi-sinks根據(jù)區(qū)域劃分規(guī)則和自由移動(dòng)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分別從數(shù)據(jù)流向、sink單輪數(shù)