大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡的低功耗協(xié)作策略研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡通過一組集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的結(jié)點，通過無線通信技術，以Ad-Hoc方式組網(wǎng)，其目的是通過網(wǎng)絡結(jié)點問的辦作，采集、處理和傳輸、發(fā)布網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息。隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)、超大規(guī)模集成電路技術(VLSI)和無線通信技術的飛速發(fā)展，它的應用空問日趨廣闊，遍及軍事、民用、科研等領域；但山于網(wǎng)絡結(jié)點自身固有通信能力限制、能量限制、計算及存儲能力限制，對無線傳感器網(wǎng)絡的研究具有很大的挑戰(zhàn)性和寬廣的空

2、間。以美國為首的許多發(fā)達國家都已經(jīng)把發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡的研究作為資助重點，但我國對此方面的研究尚在起步階段；為此，作者詳細考察了目前對無線傳感器網(wǎng)絡的應用和研究現(xiàn)狀。 無線大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡由于在信息質(zhì)量、網(wǎng)絡健壯性、以及網(wǎng)絡自適應性等方面的突出優(yōu)勢，得到更為廣泛的應用；但結(jié)點的微型化不可避免的帶來結(jié)點可用能量的更嚴峻的限制，因此，延長網(wǎng)絡的生命期已經(jīng)成為進一步推廣大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡應用的關鍵。延長大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡生命期的研

3、究大體可以分為兩個方向，其一是研究如何減小結(jié)點自身和物理層鏈路的功耗，而現(xiàn)在更受重視的方向則是研究網(wǎng)絡結(jié)點之間的協(xié)作策略，以最節(jié)能的方式完成網(wǎng)絡的通信任務，這也是本學位論文的研究著眼點。 作者首先給出了對無線傳感器網(wǎng)絡生命期的準確定義，以及網(wǎng)絡的功耗模型，接著提出并論證了網(wǎng)絡結(jié)點的最佳中繼選擇策略。在此基礎上，作者以單信息源無線傳感器網(wǎng)絡為研究對象，分析了多種具有代表性的信息源分布與活動規(guī)律下，使用最佳協(xié)作策略所能實現(xiàn)的最大的網(wǎng)

4、絡生命期，即網(wǎng)絡生命期的理論上界。隨后，作者介紹了在具有中心控制器，或結(jié)點具有全局知識，能夠進行分布式的中心控制的網(wǎng)絡中，通過網(wǎng)絡流控制來設計最大生命期的無線傳感器網(wǎng)絡的方法，論證了它的可行性和優(yōu)勢，并給出了針對不同網(wǎng)絡的最優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件。 考慮到無線傳感器網(wǎng)絡自身的特點，作者提出了網(wǎng)絡可行的協(xié)作策略應當具有的特性，即所有網(wǎng)絡結(jié)點地位等同，都只具備對網(wǎng)絡的局部知識，通過分布式的操作實現(xiàn)網(wǎng)絡功能；協(xié)作策略本質(zhì)上無環(huán)路；協(xié)作

5、策略引入能量敏感參數(shù)，具備對能量消耗及結(jié)點自身能量的敏感性。為了介紹能量敏感的分布式協(xié)作策略，作者首先給出了策略對網(wǎng)絡的三個假定，即網(wǎng)絡具有高密度、結(jié)點具備相對于基站的位置知識、結(jié)點具備鄰居的位置及能量知識；并提出和論證了使用TOA+半-GPS方法進行網(wǎng)絡結(jié)點定位的有效性和優(yōu)越性。在此基礎上，作者層層深入地介紹了能量敏感的分布式協(xié)作策略的基本規(guī)則，并通過大量仿真的統(tǒng)計結(jié)果論證了該協(xié)作策略的可行性，以及該協(xié)作策略對提高大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡