無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量有效的節(jié)點放置研究.pdf

1、近年來,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、片上系統(tǒng)技術(shù)(System-on-a-Chip,SoC)、無線通信技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)在很多行業(yè)中都得到了越來越多的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含放置于興趣區(qū)域(Region of Interest,ROI)的很多微型傳感器節(jié)點(Sensor Node,SN),這些節(jié)點使用無線通信的形式組成一個通信網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點感知自己所處位置、

2、采集和處理自己所在區(qū)域的信息,并把采集到信息發(fā)送給后方的觀察者(sink),以便觀察者做出決策。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使得人們在不進入實際環(huán)境區(qū)域的情況下能夠檢測自己的興趣區(qū)域,從而節(jié)約了時間和成本,并且它還能為人們提供更準(zhǔn)確、更有效、更及時的信息。
　　由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點一般使用電池驅(qū)動,所以節(jié)點的初始能量值一般都比較低,這就使得網(wǎng)絡(luò)的生存時間和能量效率是設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時需要關(guān)注的兩個主要問題。為了提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率,本文重點研究了傳

3、感器節(jié)點和中繼節(jié)點放置問題。這篇文章的研究內(nèi)容主要包括下述幾項:
　　1.假設(shè)發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間的距離是固定的,針對不同的無線傳輸衰落模型和環(huán)境中的噪聲模型,分別計算出了當(dāng)發(fā)送節(jié)點使用不同的傳輸功率發(fā)送信息時信息的重傳概率以及所消耗的總能量的期望值,并求出了發(fā)送節(jié)點的最佳傳輸功率。理論分析證明若發(fā)送節(jié)點使用最佳的傳輸功率傳輸信息,當(dāng)數(shù)據(jù)被接收機接收后所消耗的總能量的期望值是最小化的。另外,仿真結(jié)果也驗證了理論推導(dǎo)。
　　

4、2.當(dāng)源節(jié)點與目的節(jié)點之間的距離比較大時,如果它們之間采用直接通信,則所需要的最佳傳輸功率非常大,它可能大于節(jié)點的最大傳輸功率,從而會降低網(wǎng)絡(luò)的能量效率。另一方面,即使節(jié)點的最大傳輸功率足夠大,由于無線傳輸環(huán)境的非線性衰落特性,也會影響網(wǎng)絡(luò)的能量效率。為了提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率,信息可以通過多跳傳輸?shù)男问酵瓿赏ㄐ?文中求出了最佳的一跳傳輸距離,并且還使用了仿真的方法進行了驗證。
　　3.根據(jù)最佳的一跳傳輸距離和網(wǎng)絡(luò)覆蓋性要求,提出了一

5、種新穎的傳感器節(jié)點放置算法,它能夠平均網(wǎng)絡(luò)的能量消耗,避免能量空洞現(xiàn)象的出現(xiàn)。仿真結(jié)果表明:與文獻[17]中的算法相比,本算法能夠提高網(wǎng)絡(luò)的能量效率。
　　4.由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常用于檢測惡劣環(huán)境中的信息,所以傳感器節(jié)點容易受到環(huán)境中各種突發(fā)因素的影響而喪失功能,從而使得網(wǎng)絡(luò)變?yōu)閹讉€互不相連接的網(wǎng)段。針對網(wǎng)絡(luò)的連接性要求和生存時間要求,提出了一種通過放置中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)連接算法。與文獻[24,47]中的算法相比,本算法所需要的中繼