無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次型拓?fù)淇刂扑惴跋嚓P(guān)問(wèn)題的研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種通過(guò)組織大量具備感知、計(jì)算和無(wú)線通信能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作地對(duì)物理區(qū)域中的事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集的新型網(wǎng)絡(luò)，其逐漸展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)硬件資源受限、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化、網(wǎng)絡(luò)自組織和以數(shù)據(jù)為中心，而節(jié)能和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的中心議題。層次型拓?fù)淇刂扑惴ㄔ跐M足網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通度的前提下，通過(guò)選擇部分節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)并同時(shí)讓剩余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，形成一個(gè)優(yōu)化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

2、發(fā)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)性能和降低網(wǎng)絡(luò)能耗的目的。層次型拓?fù)淇刂扑惴ㄖ饕譃閮深悾哼B通型和覆蓋型。 本文對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)層次型拓?fù)淇刂扑惴捌湎嚓P(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究： 首先，本文提出了一種新穎的連通型層次拓?fù)淇刂扑惴ǎ夯诳蛇BCell的拓?fù)淇刂扑惴?CCTC)。通過(guò)分析當(dāng)前基于Cell的層次型拓?fù)淇刂扑惴ǖ木窒扌?，本文首先提出?-con方法：當(dāng)一個(gè)Cell的頭節(jié)點(diǎn)被加入當(dāng)前骨干網(wǎng)時(shí)，所有其可以連接的Cell使用該節(jié)點(diǎn)連入拓?fù)浣Y(jié)

3、構(gòu)，而該新骨干網(wǎng)以分布式遞歸的方式繼續(xù)擴(kuò)大。然后，本文基于1-con思想設(shè)計(jì)了CCTC，并從理論上證明了CCTC不僅可以保證其所形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持網(wǎng)絡(luò)連通，而且每一輪用于形成骨干網(wǎng)的工作節(jié)點(diǎn)很少，因此顯著降低了網(wǎng)絡(luò)工作能耗。CCTC的計(jì)算復(fù)雜度是線性的，空間復(fù)雜度和信息交換量為常數(shù)量級(jí)，非常適合傳感器網(wǎng)絡(luò)使用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣表明，CCTC可以在提供良好魯棒性和較少的消息交換量的情況下，更有效地節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗并延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。 其次

4、，本文研究了傳感器網(wǎng)絡(luò)及普通節(jié)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)基于什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行連通型拓?fù)淇刂品绞交蚋采w型拓?fù)淇刂品绞降倪x擇的問(wèn)題。當(dāng)前，這兩類拓?fù)渌惴ǖ难芯恐饕杏谌绾蝺?yōu)化各自的網(wǎng)絡(luò)節(jié)能效果和算法復(fù)雜度，但是對(duì)于何時(shí)該選用連通型或覆蓋型拓?fù)淇刂扑惴ú](méi)有理論上的分析。本文通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：隨著物理事件發(fā)生頻率的增長(zhǎng)，采用覆蓋型的方式比連通型的方式更加節(jié)能，反之亦然。通過(guò)定義物理事件發(fā)生密度ρ<,e>——單位時(shí)間單位面積的物理事件發(fā)生次數(shù)，本文首先在物理事件均勻

5、分布的前提下推導(dǎo)出閾值ρ<,e>*，即如果物理事件的發(fā)生密度ρ<,e>≥ρ<,e>*，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)選用覆蓋型算法，否則選用連通型算法；進(jìn)而，本文得出普通節(jié)點(diǎn)的行為決策標(biāo)準(zhǔn)K<'*>，即如果其在一個(gè)周期T內(nèi)，感應(yīng)到物理事件e的總次數(shù)k滿足k≥k<'*>，那么它就參與工作節(jié)點(diǎn)集合的覆蓋算法，反之則休眠。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文分析的理論結(jié)果在拓?fù)淇刂扑惴ǖ倪x擇和節(jié)點(diǎn)的行為決策中具有一定指導(dǎo)意義?；谝陨侠碚摻Y(jié)果，本文提出了一種基于Cell以感知質(zhì)量(

6、QoSE)為中心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂扑惴?CQCTC)，該算法在連通型和覆蓋型兩類算法中取得了一個(gè)平衡。本文首先提出了感知質(zhì)量(QoSE)的概念——感知質(zhì)量由節(jié)點(diǎn)感知到物理事件的頻率和信號(hào)強(qiáng)度共同決定；普通節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)自己在下一個(gè)周期QoSE的預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)判斷自己是否可以成為合法的候選工作節(jié)點(diǎn)，接下來(lái)每個(gè)Cell的頭節(jié)點(diǎn)(CH)收集QoSE合法節(jié)點(diǎn)的覆蓋情況，并選擇一個(gè)優(yōu)化子集來(lái)覆蓋物理事件高發(fā)區(qū)域同時(shí)讓剩余節(jié)點(diǎn)睡眠。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，

7、CQCTC算法改善了連通型拓?fù)淇刂扑惴ê透采w型拓?fù)淇刂扑惴ǜ髯缘娜秉c(diǎn)，允許傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)目標(biāo)/事件的分布范圍和發(fā)生頻率動(dòng)態(tài)調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而降低了每輪的工作能耗而且提高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。 最后，本文研究了異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的QoS路由算法。因?yàn)閷?duì)于連續(xù)型查詢或者快照查詢的應(yīng)用，用戶可能對(duì)于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)定定量的延遲約束，本文針對(duì)該應(yīng)用在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型中提出了滿足并行查詢延遲約束的最小能耗路由問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了一種分布式層次型路由協(xié)議。本文通