能量有效的異構無線傳感器網(wǎng)絡關鍵技術研究.pdf

1、異構無線傳感器網(wǎng)絡（HWSN）具有自組織、實時感知、協(xié)同處理、無線傳輸?shù)忍攸c，其應用領域不斷拓展，網(wǎng)絡規(guī)模也日益擴大。然而，由于網(wǎng)絡節(jié)點的資源受限，特別是能量資源更顯珍稀，因此，降低能耗和提高能效是HWSN面臨的重大挑戰(zhàn)，能量優(yōu)化已成為HWSN研究的關鍵問題。MAC協(xié)議和路由協(xié)議均處于協(xié)議棧較低層位置，其能耗高低對整個網(wǎng)絡的能量效率產(chǎn)生重大影響。因此，如何設計出低能耗的MAC協(xié)議和路由協(xié)議是提高HWSN能效的核心問題。而在基于圖像應用的

2、HWSN中，圖像傳輸需要消耗大量能量，如何有效降低圖像傳輸過程的能耗是提高網(wǎng)絡能效的關鍵問題。本文針對由無能量補給的普通節(jié)點和具有太陽能采集功能的圖像節(jié)點組成的HWSN，從MAC控制、分簇路由和圖像傳輸三個方面，對HWSN能量優(yōu)化的關鍵技術展開研究。具體研究內容及創(chuàng)新之處主要包括以下幾個方面：
　　在MAC層，針對異構無線傳感器網(wǎng)絡MAC層的特點，提出了基于數(shù)據(jù)估計的網(wǎng)絡流量自適應MAC協(xié)議DTI-MAC。該協(xié)議采用了可變占空比的

3、休眠喚醒機制，節(jié)點的休眠時間根據(jù)網(wǎng)絡流量大小動態(tài)調整，以降低節(jié)點能耗。DTI-MAC的占空比是網(wǎng)絡負載的函數(shù)，通過基于節(jié)點分簇和基因程序的數(shù)據(jù)估計算法來預測網(wǎng)絡流量大小，預測結果準確率高。實驗結果表明，DTI-MAC在保證能耗最小化的同時，具有傳輸時延小和網(wǎng)絡吞吐量大的特點。
　　在網(wǎng)絡層，提出了一個基于節(jié)點能量、分布密度和鏈路帶寬的分簇路由算法DEBCR。該算法采用了基于節(jié)點能量和分布密度的簇首選舉策略，在簇首間路由時，DEBC

4、R通過基于基數(shù)堆Dijkstra的最短路徑優(yōu)先算法選擇從源簇首到Sink的最優(yōu)路徑，采用了基于發(fā)射能耗、當前能量、采集能量和鏈路帶寬的復合尺度路徑度量準則。實驗結果表明，DEBCR可以根據(jù)不同ToS需求設置不同的路徑權值，在保證能量效率的同時滿足不同應用對傳輸時延的需求，有效均衡了網(wǎng)絡能量消耗。
　　在圖像傳輸方面，提出了基于三維物體檢索的多跳圖像傳輸機制MHITS，該機制從減少發(fā)送圖像數(shù)量和圖像協(xié)作壓縮等方面降低和均衡網(wǎng)絡能量消