無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于能量的關(guān)鍵算法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及傳感器、嵌入式計(jì)算、分布式信息處理和無(wú)線通信等多個(gè)學(xué)科。由于其自組織性、微型性、低成本以及靈活性等特點(diǎn)，在軍事、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)療健康、空間探索和商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也得到了學(xué)術(shù)界、軍界和工業(yè)界的極大關(guān)注。目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)包括：能量高效的路由算法和媒體接入控制算法、拓?fù)涔芾砑夹g(shù)、QoS支持技術(shù)、層間設(shè)計(jì)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)部署和覆蓋、定位和時(shí)間同步、最

2、優(yōu)數(shù)據(jù)聚合等，這些方面共同支撐起了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的發(fā)展方向。其中能量高效的算法設(shè)計(jì)是一個(gè)基本的設(shè)計(jì)原則，貫穿了上述所有熱點(diǎn)的研究過(guò)程，也是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)面臨的首要挑戰(zhàn)。本論文針對(duì)目前在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量研究領(lǐng)域所存在的三個(gè)問題，分別進(jìn)行了相關(guān)研究，并提出了相應(yīng)的解決方案和理論模型。論文圍繞無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量高效的協(xié)議設(shè)計(jì)，對(duì)跨層優(yōu)化、拓?fù)淇刂坪湍芰磕Ｐ瓦M(jìn)行了研究。主要工作如下： 1．提出了一種基于跨層的能量高效地

3、理轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制-EnGFAS。該機(jī)制通過(guò)在應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和MAC層間傳遞負(fù)載信息和控制信息，完成能量感知的路由中繼選擇和節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)休眠。層間聯(lián)合設(shè)計(jì)有效地提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)成功率，減少和均衡了網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)能耗，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。 2．針對(duì)傳統(tǒng)成簇拓?fù)淇刂扑惴ê鸵苿?dòng)代理算法存在的問題，提出了一種基于多個(gè)移動(dòng)代理的能量高效信息收集方案。該方案通過(guò)基于分簇的無(wú)干擾拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配合多個(gè)移動(dòng)代理的使用，簡(jiǎn)化了MAC和路由協(xié)議的復(fù)雜性，并具有高

4、能效性和可擴(kuò)展性。 3．采用數(shù)據(jù)流跟蹤方法，推導(dǎo)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中普遍適用的計(jì)算全網(wǎng)能耗的能量模型。在此基礎(chǔ)上，建立了基于能耗的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，針對(duì)鏈?zhǔn)胶痛厥浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)洹⒐β屎吐酚傻膬?yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真得以驗(yàn)證。 4．結(jié)合路由中繼算法，分析了IEEE802.11DCF兩種方式(RTS/CTS和CSMA/CA)下的網(wǎng)絡(luò)信道利用率和網(wǎng)絡(luò)容量。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)容量估算無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗上限的能量模型，并利用此模