高能效無線傳感器網絡分簇算法的研究.pdf

1、物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展方興未艾，作為其核心技術之一的無線傳感器網絡在諸多領域內都具備廣闊的應用前景。在其相關的應用場景中，無線傳感器網絡嚴重受到能源及其自身軟硬件資源的限制，很大程度上放緩了其大規(guī)模應用的腳步。在傳感器網絡的研究中，高能效問題以及覆蓋問題作為重要的性能指標，一直是首要設計目標。本課題主要研究無線傳感器網絡的高能效問題，致力于提高網絡的覆蓋生命周期。
　　該研究領域的前沿研究表明，基于分簇結構的層次網絡被證明是比較高能效的

2、網絡模型。對于隨機部署的應用，傳感器節(jié)點調度技術也是提高網絡生命周期的重要手段之一。本研究將繼續(xù)深入研究高能效的分簇算法，優(yōu)化網絡結構，使得整體網絡能耗盡量均衡。求解整體網絡的能耗理論下限值，并設計相適應的分簇算法對網絡進行分簇，使能耗逼近理論模型，最大化網絡覆蓋生命周期。
　　本論文的主要貢獻如下：
　?。?）本文對無線傳感器網絡的能耗不均衡問題提供了解決方案，使得整體網絡能耗更加均衡，提高網絡覆蓋生命周期。傳統(tǒng)WSNs的

3、自組織網絡中會產生能耗金字塔效應，即熱區(qū)問題，且該熱區(qū)問題隨著網絡的規(guī)模擴大急劇增大。本課題提出采用移動節(jié)點將熱區(qū)問題弱化的解決方案，使得網絡能耗均衡化。
　?。?）本課題對傳統(tǒng)WSNs中的分簇模型做了改進，并建立能耗計算理論模型，推理得出能耗最優(yōu)簇尺寸。本課題著重研究了高能效的分簇方案及其相關算法，首先提出了分簇方案，將WSNs均勻的劃分成等大小的簇結構。然后建立理想覆蓋模型，利用理想模型求解能耗最優(yōu)簇尺寸。在計算最優(yōu)解的過程中

4、，結合上述解決熱區(qū)問題的移動節(jié)點，對整體網絡能耗進行優(yōu)化，使得能耗逼近下限值。
　　（3）本論文提出找出最多的滿足用戶需求的覆蓋率的覆蓋集，使之同時進行監(jiān)測作業(yè)，形成延時全覆蓋效應。本課題著重研究如何使得網絡的覆蓋生命周期最大化。因為覆蓋率對于應用來說也是非常重要的參數(shù)，如果不能達到用戶的覆蓋要求，則網絡是無效的。本課題采用計算復雜度很低的算法選取出盡量多的滿足覆蓋率的覆蓋集，這些覆蓋集將在不同的時間周期內工作。在保證單個覆蓋集的

5、覆蓋率的同時，也能保證整個被監(jiān)測區(qū)域內各個區(qū)域都能在一定的延遲內被監(jiān)測到。該方案對于非嚴格實時的應用中具有非常實用價值，可以使得整體網絡的覆蓋生命周期大大增加。
　　（4）最后針對本文特定的分簇方案，制定適合該高能效分簇方案的配套算法。通過上述對提高 WSNs覆蓋生命周期的研究并制定的解決方案和優(yōu)化結果。本課題接著制定適合自身的協(xié)議，包括分簇算法，覆蓋集的選取，簇首節(jié)點的選取，骨干網絡的生成及其修復等算法。通過這些協(xié)議互相協(xié)作配合