無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)層節(jié)能策略研究.pdf

1、由具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的大量微型傳感器組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，在民用和軍事方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是本世紀(jì)的一項(xiàng)具有重大意義的研究課題。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能源配置比較有限，通常情況下也不容易進(jìn)行節(jié)點(diǎn)更換和充電，為了提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)壽命，設(shè)計(jì)高效的能量受限的路由協(xié)議至關(guān)重要。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其它無線網(wǎng)絡(luò)存在許多不同特點(diǎn)，因此其它無線網(wǎng)絡(luò)中的路

2、由協(xié)議并不能簡單地移植到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中來，這使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)設(shè)計(jì)面臨諸多挑戰(zhàn)： 2 能量均衡問題。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)中繼負(fù)載不同導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量消耗不同，因此有必要把可能影響系統(tǒng)通信性能的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或關(guān)鍵路徑上的負(fù)載轉(zhuǎn)移到其它節(jié)點(diǎn)或其它路徑，達(dá)到能量均衡的目的，從而提高通信系統(tǒng)壽命。目前解決能量均衡問題主要是采用節(jié)點(diǎn)切換技術(shù)或多徑傳輸技術(shù)，它們都沒有很好地考慮資源的使用率問題和切換的復(fù)雜性問題。 2 QoS路由技術(shù)。

3、隨著科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，以及應(yīng)用的需求，傳感器網(wǎng)絡(luò)必須要求滿足一定的QoS要求。多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議僅僅考慮可達(dá)性問題和節(jié)能問題，一些協(xié)議雖然提供了一定的QoS保證但還很不成熟。因此，需要研究和設(shè)計(jì)滿足一定QoS要求的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，才能確保傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的及時(shí)處理與傳輸。 2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：平面結(jié)構(gòu)和分簇結(jié)構(gòu)，分簇結(jié)構(gòu)由于其可擴(kuò)展性和易管理性而得到了廣泛的重視?，F(xiàn)已有多種簇頭

4、選舉方案，但是這些方案本身很少關(guān)心選舉過程中的能量消耗，而且簇頭工作輪換時(shí)間都是事先設(shè)置，不能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。因此，有必要研究一種根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況自適應(yīng)的分簇形成策略。 本文針對(duì)上述問題，主要從以下幾個(gè)方面研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量受限的路由技術(shù)：（1）能量均衡的多徑傳輸策略；（2）有效的中繼能量均分技術(shù)；（3）實(shí)時(shí)環(huán)境應(yīng)用中的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議；（4）最小轉(zhuǎn)換代價(jià)分簇形成策略。本課題的研究得到了國家自然科學(xué)基金N

5、o.60572049、湖北省自然科學(xué)基金No.2005ABA264和國家自然科學(xué)基金No.60302004的資助。 本文取得的研究成果包括如下幾個(gè)方面： 1. 基于決定性能量比例的多徑傳輸技術(shù)：提出了一種基于決定性能量比例（DER）和沖突避免機(jī)制的決定性能量比例（DEROA）的多徑傳輸技術(shù)，可以有效地達(dá)到能量敏感和負(fù)載均衡。 2. 最大化中繼能量均分策略：嚴(yán)格分析了中繼能量的消耗，指出距離sink只有一跳的節(jié)點(diǎn)對(duì)

6、系統(tǒng)壽命具有最顯著的影響，在此基礎(chǔ)上提出了一種有效的最大化中繼能量均分（MRED）的傳輸技術(shù)，可以有效地延長系統(tǒng)壽命。 3. 能量敏感時(shí)延受限的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議：引入有效傳輸（ET）概念確定路由查找過程中的前向候選節(jié)點(diǎn)集合，通過受限等效時(shí)延（CED）度量值提供時(shí)延保證，并提出了一種能量和時(shí)延同時(shí)敏感的路由協(xié)議。 4. 自適應(yīng)最小轉(zhuǎn)換代價(jià)分簇形成策略：提出了一種自適應(yīng)最小化轉(zhuǎn)換代價(jià)法（AMRC）動(dòng)態(tài)選擇簇頭，有效減少了簇