綠色傳感網(wǎng)的資源優(yōu)化研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成,通過(guò)無(wú)線通信方式構(gòu)成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),用于協(xié)作感知、采集和處理覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息。傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸,對(duì)應(yīng)著現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù),即傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。
　　 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了人們信息獲取能力,將客觀世界的物理信息同網(wǎng)絡(luò)世界的數(shù)字信息連接在一起,將在下一代網(wǎng)絡(luò)—物聯(lián)網(wǎng)中為人們提供直接、有效、真實(shí)的信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2、具有十分廣闊的應(yīng)用前景,能應(yīng)用于軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視,被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
　　 由于傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量,即電能有限,傳統(tǒng)綠色傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是能量的高效利用,從而延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。然而除了能量資源有限,傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間、存儲(chǔ)、硬件、還有其它各資源也十分有限。本文將綠色傳感

3、網(wǎng)的研究從狹義的能量有效利用推廣到廣義的資源有效利用,拓展研究方向包括綠色時(shí)間資源,綠色存儲(chǔ)資源,綠色硬件資源(最小化節(jié)點(diǎn)數(shù)量)。
　　 一、綠色時(shí)間資源。本論文在傳感網(wǎng)一種新的應(yīng)用“移動(dòng)?xùn)艡诟采w”為例研究時(shí)間資源的有效利用。傳統(tǒng)柵欄覆蓋研究是的傳感器節(jié)點(diǎn)組成一條柵欄帶圍繞靜態(tài)對(duì)象,使得任何進(jìn)入對(duì)象范圍的人或物都會(huì)被傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到。在我們提出的移動(dòng)?xùn)艡诟采w研究中,對(duì)象本身是動(dòng)態(tài)變化的,傳感器節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)移動(dòng)組成柵欄帶自適應(yīng)的圍

4、繞著對(duì)象。許多實(shí)際案例可以受益于移動(dòng)?xùn)艡诟采w,比如傳感器節(jié)點(diǎn)充當(dāng)哨兵圍繞并保護(hù)地面部隊(duì)的行進(jìn)。然而對(duì)象的移動(dòng)是未知的,節(jié)點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間有限,必須最快的移動(dòng)到位完成包圍狀態(tài)。綠色時(shí)間資源的研究通過(guò)凸分析理論對(duì)移動(dòng)?xùn)艡诟采w進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上提出分布式算法控制節(jié)點(diǎn)協(xié)作移動(dòng),最小化節(jié)點(diǎn)移動(dòng)距離,最快達(dá)到移動(dòng)?xùn)艡诟采w,從而達(dá)到綠色時(shí)間資源。
　　 二、綠色存儲(chǔ)資源。大規(guī)模分布的傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)會(huì)收集來(lái)大量的數(shù)據(jù),因此需要大量的空間

5、來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。根據(jù)《科學(xué)》中的論文統(tǒng)計(jì)2011年全世界產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(主要是傳感而來(lái)的數(shù)據(jù))增量速度比全世界存儲(chǔ)設(shè)備的生產(chǎn)增量速度快了31％。由此可見(jiàn)存儲(chǔ)資源有效利用研究的必要性,否則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的數(shù)據(jù)泛濫問(wèn)題。綠色存儲(chǔ)資源研究主要用于傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中,基于壓縮傳感理論和時(shí)間序列預(yù)測(cè),我們研究并提出了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集方法。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集率和工作/休眠占空比,目標(biāo)用最少的數(shù)據(jù)采集就能夠復(fù)原給定精度要求的

6、總體環(huán)境。在相同精度要求下,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集方法相比與現(xiàn)有的低占空比或隨機(jī)數(shù)據(jù)收集方法都更多的節(jié)省了存儲(chǔ)資源和能量。
　　 三、綠色硬件資源。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通常需要大規(guī)模的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)覆蓋整個(gè)被監(jiān)測(cè)區(qū)域。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件都有其成本,如何用最少的節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到整個(gè)區(qū)域的全覆蓋？即是綠色節(jié)點(diǎn)數(shù)量資源研究的目標(biāo)。傳統(tǒng)研究通常在理想二維平面或三維空間中研究節(jié)點(diǎn)的覆蓋,而實(shí)際應(yīng)用中,被覆蓋區(qū)域通常是一個(gè)有界的復(fù)雜曲面,傳感器節(jié)點(diǎn)只能布撒在曲