無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量均衡策略及控制算法研究.pdf

1、普適計(jì)算是一種讓人們隨時(shí)隨地都能獲得信息服務(wù)的一種計(jì)算模式。它強(qiáng)調(diào)以人為本，關(guān)注的是人們的注意力以及人們對(duì)計(jì)算的滿(mǎn)意程度。作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，普適計(jì)算受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，它將對(duì)計(jì)算機(jī)、信息學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)現(xiàn)普適計(jì)算的一種支撐技術(shù)，是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作的感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀測(cè)者

2、。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，主要表現(xiàn)在軍事、環(huán)境、健康、家庭和其他商業(yè)領(lǐng)域。同時(shí)，在空間探索和災(zāi)難拯救等特殊的領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)也有其得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
　　 本文面向控制學(xué)科的前沿研究方向——無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所涉及的理論與技術(shù)，以靜態(tài)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)高密度部署環(huán)境下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，遵循無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)先的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)降低網(wǎng)絡(luò)功耗和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量均衡等

3、相關(guān)熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的控制算法，為進(jìn)一步的研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。作為一項(xiàng)具有創(chuàng)新性意義的工作，論文在研究方法與思路上力求有所突破，其主要研究成果包括如下幾個(gè)方面：
　　 ①對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其核心問(wèn)題進(jìn)行了綜述，分析和討論了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和特性，重點(diǎn)探討了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)目前一些具有代表性的國(guó)內(nèi)外相關(guān)工作進(jìn)行了簡(jiǎn)述。
　　 ②對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂铺岢隽藢哟蝿澐址椒?，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

4、拓?fù)淇刂苿澐譃槊芏瓤刂?、覆蓋控制和連通覆蓋控制三個(gè)層次。目前的拓?fù)淇刂扑惴ǎ蠖嗷诙兄Ｐ?，而在?shí)際的應(yīng)用環(huán)境中概率感知模型能夠更準(zhǔn)確地定義網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。本文基于一般的概率感知模型，分別提出了基于概率感知模型的兩種密度控制算法(DCA)、兩種覆蓋控制算法(CCA)、兩種連通覆蓋控制算法(CCCA)。密度控制算法在保證目標(biāo)區(qū)域足夠的覆蓋概率條件下，將一部分節(jié)點(diǎn)投入低功耗的睡眠狀態(tài)，只將一部分的節(jié)點(diǎn)投入活躍的工作狀態(tài)，減少了網(wǎng)絡(luò)的總能

5、量消耗。覆蓋控制和連通覆蓋控制的主要思想是周期性的選取少量的剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)覆蓋集和連通覆蓋集。一個(gè)覆蓋集工作一個(gè)時(shí)間周期后，再重新確定下一個(gè)周期的覆蓋集。不同周期的覆蓋集盡可能用不同的節(jié)點(diǎn)組成，從而實(shí)現(xiàn)降低功耗和均衡節(jié)點(diǎn)能量的目的。
　　 ③最壞與最佳情況覆蓋考察的是目標(biāo)穿越無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)被檢測(cè)或是沒(méi)有被檢測(cè)的情況。對(duì)于穿越網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)而言，最壞情況是指考察所有穿越路徑中不被網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的概率最小情況；對(duì)應(yīng)的最

6、佳情況是指考察所有穿越路徑中被網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的概率最大情況。本文提出了基于概率感知模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最壞與最佳情況覆蓋算法(WCA/BCA)。
　　 ④針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，單個(gè)節(jié)點(diǎn)能量有限，而網(wǎng)絡(luò)壽命要盡可能長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了一種基于概率感知模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法(NSA)。算法允許節(jié)點(diǎn)依據(jù)節(jié)點(diǎn)密度和目標(biāo)區(qū)域覆蓋概率要求自行確定其工作時(shí)刻表，實(shí)行輪換周期工作機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗和均衡節(jié)點(diǎn)能量的目的。
　　

7、 ⑤最大連通度算法是傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法中重要的一種算法，該算法選擇連通度最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，其目標(biāo)是盡量減少簇的數(shù)目，但簇之間存在重疊度較高、網(wǎng)絡(luò)能量不均衡的現(xiàn)象。本文針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象提出了基于節(jié)點(diǎn)連通度的自維護(hù)分簇算法(SCA)，算法通過(guò)簇頭遷移和簇的自維護(hù)達(dá)到降低簇之間的重疊度、均衡網(wǎng)絡(luò)能量的目的。
　　 本文深入的開(kāi)展了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡策略與控制算法的研究，研究提出了幾種相關(guān)算法，仿真結(jié)果充分證明了各算法的有效性。進(jìn)一