大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗協(xié)作策略研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過一組集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的結(jié)點(diǎn)，通過無線通信技術(shù)，以Ad-Hoc方式組網(wǎng)，其目的是通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)問的辦作，采集、處理和傳輸、發(fā)布網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)(VLSI)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，它的應(yīng)用空問日趨廣闊，遍及軍事、民用、科研等領(lǐng)域；但山于網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)自身固有通信能力限制、能量限制、計(jì)算及存儲(chǔ)能力限制，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究具有很大的挑戰(zhàn)性和寬廣的空

2、間。以美國為首的許多發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)把發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究作為資助重點(diǎn)，但我國對(duì)此方面的研究尚在起步階段；為此，作者詳細(xì)考察了目前對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀。 無線大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)由于在信息質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)健壯性、以及網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)性等方面的突出優(yōu)勢(shì)，得到更為廣泛的應(yīng)用；但結(jié)點(diǎn)的微型化不可避免的帶來結(jié)點(diǎn)可用能量的更嚴(yán)峻的限制，因此，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命期已經(jīng)成為進(jìn)一步推廣大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵。延長(zhǎng)大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命期的研

3、究大體可以分為兩個(gè)方向，其一是研究如何減小結(jié)點(diǎn)自身和物理層鏈路的功耗，而現(xiàn)在更受重視的方向則是研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作策略，以最節(jié)能的方式完成網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)，這也是本學(xué)位論文的研究著眼點(diǎn)。 作者首先給出了對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命期的準(zhǔn)確定義，以及網(wǎng)絡(luò)的功耗模型，接著提出并論證了網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的最佳中繼選擇策略。在此基礎(chǔ)上，作者以單信息源無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，分析了多種具有代表性的信息源分布與活動(dòng)規(guī)律下，使用最佳協(xié)作策略所能實(shí)現(xiàn)的最大的網(wǎng)

4、絡(luò)生命期，即網(wǎng)絡(luò)生命期的理論上界。隨后，作者介紹了在具有中心控制器，或結(jié)點(diǎn)具有全局知識(shí)，能夠進(jìn)行分布式的中心控制的網(wǎng)絡(luò)中，通過網(wǎng)絡(luò)流控制來設(shè)計(jì)最大生命期的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方法，論證了它的可行性和優(yōu)勢(shì)，并給出了針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件。 考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，作者提出了網(wǎng)絡(luò)可行的協(xié)作策略應(yīng)當(dāng)具有的特性，即所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)地位等同，都只具備對(duì)網(wǎng)絡(luò)的局部知識(shí)，通過分布式的操作實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能；協(xié)作策略本質(zhì)上無環(huán)路；協(xié)作

5、策略引入能量敏感參數(shù)，具備對(duì)能量消耗及結(jié)點(diǎn)自身能量的敏感性。為了介紹能量敏感的分布式協(xié)作策略，作者首先給出了策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)假定，即網(wǎng)絡(luò)具有高密度、結(jié)點(diǎn)具備相對(duì)于基站的位置知識(shí)、結(jié)點(diǎn)具備鄰居的位置及能量知識(shí)；并提出和論證了使用TOA+半-GPS方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)定位的有效性和優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上，作者層層深入地介紹了能量敏感的分布式協(xié)作策略的基本規(guī)則，并通過大量仿真的統(tǒng)計(jì)結(jié)果論證了該協(xié)作策略的可行性，以及該協(xié)作策略對(duì)提高大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)