基于能量感知的無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋問題研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由大量具有信息采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸功能的,集成有數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)通信單元和能量供應單元的微型傳感器節(jié)點自組織形成的無線分布式網(wǎng)絡系統(tǒng),是繼Internet之后將對21世紀人類生活方式產生重大影響的IT熱點技術.它在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、智能家居、農業(yè)等領域都有廣泛的應用.無線傳感器網(wǎng)絡融合了信息世界與物理世界,改變了人與自然的交互模式.目前,無線傳感器網(wǎng)絡得到了社會各界人士的廣泛關注,為社會帶來不

2、可估量的效益,同時也引發(fā)了無線傳感器網(wǎng)絡技術的研究熱潮.
　　無線傳感器網(wǎng)絡工作環(huán)境惡劣,節(jié)點通常通過隨機撒播的方式部署在監(jiān)測區(qū)域中,節(jié)點分布極不均勻,并且節(jié)點能量有限、不能補充,所以采用有效的節(jié)能覆蓋方法和能量消耗均衡機制,延長網(wǎng)絡壽命,成為無線傳感器網(wǎng)絡研究和設計首要考慮的問題.在無線傳感器網(wǎng)絡中,覆蓋問題的最終目的是在不降低原有覆蓋水平的基礎上,有效分配各節(jié)點的狀態(tài),最小化網(wǎng)絡每輪的能量消耗,同時使每個節(jié)點平均分擔網(wǎng)絡能耗.

3、網(wǎng)絡覆蓋直接反映網(wǎng)絡對物理世界的監(jiān)測能力,能量消耗則決定了無線傳感器網(wǎng)絡的生存壽命,網(wǎng)絡覆蓋與能量消耗密切相關.本文研究了基于能量感知的無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋問題,主要的研究內容包括:
　　1)首先對無線傳感器網(wǎng)絡的基本概況作了簡單介紹,包括組成架構、特點、應用領域、關鍵技術和國內外研究現(xiàn)狀;又對混合傳感器網(wǎng)絡的相關研究作了總結概述.接著,著重描述了無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋問題的基礎知識、分類,覆蓋算法的評價指標和節(jié)能覆蓋的研究現(xiàn)狀;并對目

4、前學者們提出的大量覆蓋算法進行了討論.雖然這些算法減少了網(wǎng)絡整體能耗,但只著重考慮了移動節(jié)點需移動的距離,沒有更好地考慮網(wǎng)絡中移動節(jié)點自身的剩余能量,不能做到每個節(jié)點的能耗平衡.
　　2)充分考慮移動節(jié)點的兩個重要因素,移動距離和剩余能量,定義了覆蓋算法中選擇移動節(jié)點的新標準——終余能量,分別對基于Voronoi圖的覆蓋增強算法和基于虛擬力的目標多重覆蓋算法進行了改進,均衡了網(wǎng)絡中節(jié)點的剩余能量.通過仿真實驗,本文證明了該改進方法

5、的有效性。在保證網(wǎng)絡覆蓋質量的同時,它充分利用了節(jié)點的能量,提高了網(wǎng)絡能量使用率,有效延長了網(wǎng)絡壽命.
　　3)當網(wǎng)絡出現(xiàn)覆蓋空洞時,無線傳感器網(wǎng)絡常用移動節(jié)點來修復它們.針對選擇冗余節(jié)點修復覆蓋空洞的級聯(lián)移動問題,綜合考慮各節(jié)點的剩余能量引入了路徑的能量可用率和決定性能量的概念,從多目標優(yōu)化的角度優(yōu)化了級聯(lián)移動路徑.仿真實驗結果表明,該方法具有良好的性能,減少了網(wǎng)絡中節(jié)點的平均移動距離,平衡了各移動節(jié)點的能耗,提高了網(wǎng)絡的能量使