無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于節(jié)點部署的能量空洞避免策略研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種獲取和處理信息的新興技術(shù)，它由微型傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò)。這些節(jié)點能夠?qū)崟r感知和收集環(huán)境或監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)信息并對其進(jìn)行有效的處理，將信息傳送給基站或用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在諸多領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)過程中，大量傳感器節(jié)點把收集的數(shù)據(jù)以“多跳方式”發(fā)往基站或用戶，因此離基站近的節(jié)點將會由于轉(zhuǎn)發(fā)大量其他節(jié)點的數(shù)據(jù)而耗盡能量，最終首先死亡，這就造成整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的斷層和嚴(yán)重的能量

2、浪費，這種現(xiàn)象就是“能量空洞”現(xiàn)象。所以如何延長網(wǎng)絡(luò)壽命，避免“能量空洞”現(xiàn)象也就成為當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點之一。
　　 通過合理有效的節(jié)點部署方案是實現(xiàn)無線傳感器能量消耗均衡，避免“能量空洞”現(xiàn)象的重要途徑?；诖?，本文研究了線性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和矩形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中避免“能量空洞”問題，最大化網(wǎng)絡(luò)效率的節(jié)點部署方案。主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　 1)基于傳輸距離，數(shù)據(jù)收集量與能量消耗相關(guān)性，提出了線性無線傳感器網(wǎng)

3、絡(luò)基于節(jié)點傳輸距離和中繼節(jié)點的節(jié)點部署策略來避免“能量空洞”現(xiàn)象。
　　 在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋的前提下，在感知節(jié)點間部署中繼節(jié)點，同時使所有節(jié)點能量消耗均衡。這樣既減少了數(shù)據(jù)收集量，又減少了能量消耗，避免了“能量空洞”。在受限條件下求解線性網(wǎng)絡(luò)的最佳網(wǎng)絡(luò)效率是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，通過控制變量與窮舉搜索法相結(jié)合，得到了這個NP難問題的近似解，求解出該方案下的最大網(wǎng)絡(luò)效率和最佳節(jié)點部署方案。仿真實驗表明，在線性網(wǎng)絡(luò)中，這種部署不僅避免“能

4、量空洞”，而且相對于已有均勻與非均勻算法都能有效提高網(wǎng)絡(luò)效率。
　　 2)對于矩形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過分析得出了要求解節(jié)點部署方案首先要確定數(shù)據(jù)傳輸方案的結(jié)論。本文提出了一種簡單易行的數(shù)據(jù)傳輸方案：每列節(jié)點只往下傳送數(shù)據(jù)，不橫向傳送數(shù)據(jù)，直至基站或第一行感知節(jié)點，第一行的節(jié)點將接受到的數(shù)據(jù)傳給靠近基站的下一個節(jié)點。這種傳輸方案簡化矩形網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署的復(fù)雜性，更重要是能夠利用線性網(wǎng)絡(luò)的部署算法。最終提出了矩形網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點部署算法。實驗