無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量均衡策略及控制算法研究.pdf

1、普適計算是一種讓人們隨時隨地都能獲得信息服務的一種計算模式。它強調(diào)以人為本，關(guān)注的是人們的注意力以及人們對計算的滿意程度。作為一個新興的研究領(lǐng)域，普適計算受到越來越廣泛的關(guān)注，它將對計算機、信息學科的發(fā)展產(chǎn)生廣泛而深遠的影響。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為實現(xiàn)普適計算的一種支撐技術(shù)，是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作的感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀測者

2、。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，具有廣闊的應用前景，主要表現(xiàn)在軍事、環(huán)境、健康、家庭和其他商業(yè)領(lǐng)域。同時，在空間探索和災難拯救等特殊的領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)也有其得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢。
　　 本文面向控制學科的前沿研究方向——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所涉及的理論與技術(shù)，以靜態(tài)節(jié)點隨機高密度部署環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為研究對象，遵循無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量優(yōu)先的設(shè)計要求，針對降低網(wǎng)絡(luò)功耗和實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量均衡等

3、相關(guān)熱點問題進行研究，并提出相應的控制算法，為進一步的研究和應用奠定基礎(chǔ)。作為一項具有創(chuàng)新性意義的工作，論文在研究方法與思路上力求有所突破，其主要研究成果包括如下幾個方面：
　　 ①對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其核心問題進行了綜述，分析和討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和特性，重點探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并對目前一些具有代表性的國內(nèi)外相關(guān)工作進行了簡述。
　　 ②對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制提出了層次劃分方法，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

4、拓撲控制劃分為密度控制、覆蓋控制和連通覆蓋控制三個層次。目前的拓撲控制算法，大多基于二元感知模型，而在實際的應用環(huán)境中概率感知模型能夠更準確地定義網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。本文基于一般的概率感知模型，分別提出了基于概率感知模型的兩種密度控制算法(DCA)、兩種覆蓋控制算法(CCA)、兩種連通覆蓋控制算法(CCCA)。密度控制算法在保證目標區(qū)域足夠的覆蓋概率條件下，將一部分節(jié)點投入低功耗的睡眠狀態(tài)，只將一部分的節(jié)點投入活躍的工作狀態(tài)，減少了網(wǎng)絡(luò)的總能

5、量消耗。覆蓋控制和連通覆蓋控制的主要思想是周期性的選取少量的剩余能量較高的節(jié)點組成網(wǎng)絡(luò)覆蓋集和連通覆蓋集。一個覆蓋集工作一個時間周期后，再重新確定下一個周期的覆蓋集。不同周期的覆蓋集盡可能用不同的節(jié)點組成，從而實現(xiàn)降低功耗和均衡節(jié)點能量的目的。
　　 ③最壞與最佳情況覆蓋考察的是目標穿越無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時被檢測或是沒有被檢測的情況。對于穿越網(wǎng)絡(luò)的目標而言，最壞情況是指考察所有穿越路徑中不被網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點檢測的概率最小情況；對應的最

6、佳情況是指考察所有穿越路徑中被網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點發(fā)現(xiàn)的概率最大情況。本文提出了基于概率感知模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最壞與最佳情況覆蓋算法(WCA/BCA)。
　　 ④針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，單個節(jié)點能量有限，而網(wǎng)絡(luò)壽命要盡可能長的問題，提出了一種基于概率感知模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點調(diào)度算法(NSA)。算法允許節(jié)點依據(jù)節(jié)點密度和目標區(qū)域覆蓋概率要求自行確定其工作時刻表，實行輪換周期工作機制，從而實現(xiàn)降低能耗和均衡節(jié)點能量的目的。
　　

7、 ⑤最大連通度算法是傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法中重要的一種算法，該算法選擇連通度最大的節(jié)點作為簇頭，其目標是盡量減少簇的數(shù)目，但簇之間存在重疊度較高、網(wǎng)絡(luò)能量不均衡的現(xiàn)象。本文針對這個現(xiàn)象提出了基于節(jié)點連通度的自維護分簇算法(SCA)，算法通過簇頭遷移和簇的自維護達到降低簇之間的重疊度、均衡網(wǎng)絡(luò)能量的目的。
　　 本文深入的開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡策略與控制算法的研究，研究提出了幾種相關(guān)算法，仿真結(jié)果充分證明了各算法的有效性。進一