無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中相關(guān)節(jié)能技術(shù)的研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）是目前備受國(guó)際關(guān)注的熱點(diǎn)研究技術(shù)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)所攜帶的電池能量是極其有限的;同時(shí)，受部署環(huán)境的限制，通過(guò)人工更換電池延續(xù)節(jié)點(diǎn)的工作壽命不實(shí)際也不容易。因此，節(jié)能問(wèn)題一直以來(lái)都是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重點(diǎn)研究問(wèn)題之一。本文從網(wǎng)絡(luò)部署的角度出發(fā)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中相關(guān)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究，主要包括靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中的節(jié)能優(yōu)化組網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)傳

2、感器網(wǎng)絡(luò)部署中的節(jié)點(diǎn)節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù)和移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化覆蓋技術(shù)三大部分內(nèi)容。
　　 如何對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的部署組網(wǎng)設(shè)計(jì)是提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作壽命、降低網(wǎng)絡(luò)部署成本的首要和關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文對(duì)靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中的節(jié)能優(yōu)化組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究，并提出了一種適用于靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中確定性部署的節(jié)能優(yōu)化組網(wǎng)方案。該組網(wǎng)方案有以下幾個(gè)特點(diǎn):1）采用非線性電池能耗模型，對(duì)節(jié)點(diǎn)的能耗進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估

3、;2）引入節(jié)點(diǎn)的非均勻部署策略，即在不同網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域放置不同數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載;3）采用TDMA技術(shù)為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的收發(fā)分配時(shí)隙，并調(diào)度部署在同一位置上的節(jié)點(diǎn)，使其交替輪流工作;4）采用節(jié)能優(yōu)化的正交調(diào)制技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，降低節(jié)點(diǎn)的通信能耗。為評(píng)估該組網(wǎng)方案的性能，本文將其與一種簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)部署組網(wǎng)方案進(jìn)行了仿真比較。仿真結(jié)果表明，本文所提出的組網(wǎng)方案不僅能有效地提高網(wǎng)絡(luò)工作壽命，并能同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)部署所需的總節(jié)點(diǎn)數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)部署成

4、本。
　　 相較于靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，在移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)功能，其肩負(fù)的任務(wù)更為艱巨，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)也使得網(wǎng)絡(luò)的能耗問(wèn)題更為嚴(yán)峻。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文從以下兩方面出發(fā)，對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署中相關(guān)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究:一方面，我們從單個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)能技術(shù)出發(fā)，研究移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù);另一方面，我們從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)出發(fā)，研究移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能優(yōu)化覆蓋技術(shù)。
　　 在移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的節(jié)點(diǎn)節(jié)能優(yōu)化控

5、制技術(shù)研究中，本文引入非線性電池能耗模型對(duì)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的電機(jī)能耗進(jìn)行評(píng)估，建立了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)能耗模型。在該模型的基礎(chǔ)上，本文對(duì)節(jié)點(diǎn)的節(jié)能優(yōu)化速度控制方案進(jìn)行了較深入的研究，從理論分析和仿真驗(yàn)證兩方面探討了節(jié)點(diǎn)電機(jī)最大角速度對(duì)節(jié)點(diǎn)加減速階段能耗、勻速階段能耗以及節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)總能耗的影響。研究結(jié)果表明，隨著電機(jī)最大角速度的變大，節(jié)點(diǎn)加減速階段的運(yùn)動(dòng)能耗在增加，而節(jié)點(diǎn)勻速階段的運(yùn)動(dòng)能耗將出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)極值;同時(shí)，對(duì)于任意的直線移動(dòng)距離，均

6、能找到一個(gè)最優(yōu)的電機(jī)最大角速度使得節(jié)點(diǎn)的總運(yùn)動(dòng)能耗最低。
　　 在移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化覆蓋技術(shù)研究中，本文結(jié)合網(wǎng)絡(luò)覆蓋漏洞的發(fā)現(xiàn)機(jī)制、節(jié)點(diǎn)的自部署算法、節(jié)點(diǎn)的節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)能量均衡的策略，對(duì)現(xiàn)有的基于虛擬力的節(jié)點(diǎn)自部署算法（VFA算法）進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于漏洞導(dǎo)向虛擬力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化覆蓋算法——EVFA-V算法。相較于VFA算法，該算法綜合考慮了區(qū)域邊界對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的影響、覆蓋漏洞對(duì)節(jié)點(diǎn)的引力作用、節(jié)點(diǎn)

7、之間的虛擬力作用、以及節(jié)點(diǎn)之間剩余能量均衡的問(wèn)題，并在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)部署的過(guò)程中采用了節(jié)能優(yōu)化的速度控制方案。為評(píng)估EVFA-V算法的性能，本文將其與VFA算法、虛擬力與Voronoi圖相結(jié)合的節(jié)點(diǎn)自部署算法(VFA-V算法)進(jìn)行了仿真比較。仿真結(jié)果表明，本文所提出的EVFA-V算法能有效地引導(dǎo)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋漏洞進(jìn)行修補(bǔ)，更好地實(shí)現(xiàn)了在提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)部署總能耗，并均衡節(jié)點(diǎn)之間剩余能量的目的。
　　 本文通過(guò)理論分