能耗均衡無經(jīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)及在交通流監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集合傳感測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)通信、微電機(jī)系統(tǒng)以及嵌入式計(jì)算等多種學(xué)科知識(shí)的一門新興技術(shù)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)體積小、成本低,其能量、處理能力、存儲(chǔ)容量和通信帶寬十分有限。在工程應(yīng)用中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)流呈現(xiàn)非均勻匯聚的特性,會(huì)導(dǎo)致少數(shù)節(jié)點(diǎn)過度通信而較快地耗盡能量。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡,將造成網(wǎng)絡(luò)生存期縮短和資源浪費(fèi)。又由于節(jié)點(diǎn)維護(hù)或能量補(bǔ)充較難進(jìn)行,因此,能量消耗問題極大地影響著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用效率。保證網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗不僅可以高效

2、利用節(jié)點(diǎn)能量,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期,而且可以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算、存儲(chǔ)和通信能力。
　　 本文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗模型、拓?fù)淇刂坪吐酚伤惴ㄈ矫孢M(jìn)行了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗的理論研究和仿真,并基于ZigBee技術(shù)搭建了一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)交通信息采集和傳輸系統(tǒng),進(jìn)行了交叉口交通流采集實(shí)驗(yàn)。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)在簇內(nèi)和簇間多跳異構(gòu)監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下,分別建立了六邊形小區(qū)和“裝箱”覆蓋條件下網(wǎng)絡(luò)的能

3、量消耗模型和壽命模型。在六邊形小區(qū)覆蓋條件下,以簇內(nèi)和簇間的兩類關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)同時(shí)死亡作為求解目標(biāo),求得了網(wǎng)絡(luò)壽命模型的最優(yōu)解。在“裝箱”覆蓋條件下,建立了異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)工作于“二分”模式時(shí)的網(wǎng)絡(luò)壽命模型,并求解了大規(guī)模異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命約束下的節(jié)點(diǎn)分布密度最優(yōu)解。
　　 (2)針對(duì)現(xiàn)有拓?fù)淇刂扑惴ㄝ^多側(cè)重于盡可能減少網(wǎng)絡(luò)冗余而忽略了網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性和穩(wěn)定性的問題,提出了一個(gè)具有K容錯(cuò)性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂品桨浮Ｔ摲桨甘紫韧ㄟ^K容錯(cuò)拓?fù)?/p>

4、控制算法建立了每個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)的K條不相交路徑,隨后提出了一個(gè)接力節(jié)點(diǎn)布署算法,布署了最少量的接力節(jié)點(diǎn)使這些路徑連通。仿真結(jié)果表明該拓?fù)浞桨赣行p少了網(wǎng)絡(luò)冗余,且有很好的穩(wěn)定性。
　　 (3)針對(duì)現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法僅考慮數(shù)據(jù)發(fā)送能耗的問題,建立了一種同時(shí)考慮接收和發(fā)送能耗的網(wǎng)絡(luò)模型。在該模型基礎(chǔ)上,提出了一種能耗均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法。該算法通過設(shè)置能量閾值兩次簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò),并通過一個(gè)代價(jià)評(píng)估函數(shù)來重置能耗權(quán)