無線傳感器網(wǎng)絡中低功耗的數(shù)據(jù)傳輸策略的研究.pdf

1、因其廣泛的應用背景，無線傳感器網(wǎng)絡的研究目前備受工業(yè)界和學術界的重視。然而，傳感器節(jié)點本身的硬件條件仍然制約著傳感器網(wǎng)絡的快速發(fā)展，特別是傳感器節(jié)點通常只能由低能量的電池供電，且其傳輸范圍短。因此，為了提高傳感器網(wǎng)絡的生存期，如何有效地利用有限的電池能量是設計網(wǎng)絡協(xié)議時需要考慮的重要因素之一。經(jīng)研究表明，數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量占據(jù)傳感器能量損耗的最大部分，因此設計低功耗的數(shù)據(jù)傳輸策略成為無線傳感器網(wǎng)絡研究的熱點之一。通常來說，無線傳感器網(wǎng)

2、絡有三種傳輸模式：傳感器節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸，從基站到傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸以及從傳感器節(jié)點到基站之間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　 本文針對上述傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸模式，提出相應的傳輸策略以最小化傳輸過程中所消耗的能量。具體的研究內容有三點：
　　 1）設計基于服務組合的路由算法來完成傳感器節(jié)點之間的協(xié)作，以實現(xiàn)基于服務組合的持續(xù)查詢請求；
　　 2）設計基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)策略，將更新數(shù)據(jù)包從基站成功傳輸給網(wǎng)絡中所有節(jié)點

3、；
　　 3）設計基于地理信息的K 任意組播路由協(xié)議以實現(xiàn)源傳感器節(jié)點將數(shù)據(jù)包成功傳輸給N個基站中的任意K個。
　　 在以上問題的設計中，能量損耗是我們最關注的因素，具體的研究內容與貢獻如下：
　　 (1)基于服務組合的持續(xù)查詢路由的設計在低工作周期的傳感器網(wǎng)絡中，提供某些服務的某些傳感器節(jié)點在有些時刻可能會處于睡眠狀態(tài)，從而影響服務組合路由的運行。本文設計了一個新型的基于線性服務組合的持續(xù)查詢路由。設計的主要目

4、標為最小化在整個持續(xù)查詢過程中所需要的路由切換次數(shù)，以減少由于路由切換而產(chǎn)生的能量損耗。同時，在主要目標的基礎上，進一步最小化持續(xù)查詢中每個服務組合路由的通信代價。通過這兩個目標的結合，最終實現(xiàn)低能耗的服務組合路由。本文提出基于貪心和動態(tài)規(guī)劃相結合的算法最優(yōu)化了以上的設計目標。最后，模擬結果表明了本文的算法相比已有算法能大大降低整個服務組合查詢的能量損耗。
　　 (2)基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)策略的研究在無線傳感器網(wǎng)絡中，睡眠調度

5、機制以及無線傳輸?shù)牟豢煽啃远伎赡軐е聜鞲衅鞴?jié)點丟包。本文通過綜合考慮傳感器節(jié)點的睡眠調度以及無線傳輸?shù)膩G包率，提出了基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)機制，以使得在每個時刻，能從當前正在發(fā)送的編碼包/原始包中獲取/解出對自己有用數(shù)據(jù)包的傳感器節(jié)點個數(shù)的期望值最大。本文首先證明了該問題是一個NP 難問題，并將該問題轉換成在構摘要建的虛擬圖中尋找最大帶權團問題。我們同時理論分析了傳感器節(jié)點的睡眠概率以及無線丟包率對網(wǎng)絡編碼收益的影響，并給出一個有效閾值

6、來判斷當前的睡眠調度機制是否能節(jié)省基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)策略的能耗。最后，模擬結果表明，本文提出的基于網(wǎng)絡編碼的策略能減少整個數(shù)據(jù)分發(fā)過程所需要的傳輸次數(shù)。
　　 (3)基于地理信息的K 任意組播路由協(xié)議的設計在多基站的無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點可能需要將自己觀察到的數(shù)據(jù)發(fā)給所有N個基站中的任意K個。對于該傳輸模式，傳統(tǒng)的單播，多播等均不能很好的支持。本文提出了一個基于地理信息的K 任意組播路由協(xié)議，旨在將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點有效地