無線傳感器網(wǎng)絡中的能量高效覆蓋與路由算法研究.pdf

1、能量問題是制約無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks，WSN)大規(guī)模推廣應用的一個關鍵因素，是WSN中的研究熱點之一。提高能量效率，一方面需要降低能耗總量，另一方面需要均衡能耗。論文這兩個角度出發(fā)，對WSN中的能量高效覆蓋控制和路由問題進行了研究，主要工作和創(chuàng)新如下：
　　對于WSN的覆蓋控制問題，論文從活動節(jié)點拓撲分布的角度對現(xiàn)有算法進行了研究，提出一種基于準格型策略的活動節(jié)點選擇算法。設計了分布式的格

2、點坐標求解方法，通過退避式競爭選擇節(jié)點，減少節(jié)點密集分布帶來的訪問沖突及通信能耗；針對覆蓋漏洞問題，設計了鄰近節(jié)點排斥技術用于補充激活，使活動節(jié)點相互遠離；針對能耗均衡問題，設計了原點坐標平移主導的虛擬網(wǎng)格平移方案，實現(xiàn)活動節(jié)點的周期輪換；論文還討論了節(jié)點分布強度對不規(guī)則度及格邊長的影響。仿真表明，該算法能夠降低活動節(jié)點數(shù)量，延長網(wǎng)絡的生命周期。
　　針對大規(guī)模WSN網(wǎng)絡由于多對一傳輸特性而造成的能耗不均衡問題，提出了一種基于分環(huán)

3、多跳的能耗均衡分簇路由算法，并著重研究了簇頭數(shù)量與能耗均衡的關系。算法從最小化第一環(huán)總能耗、均衡不同環(huán)簇頭能耗的角度出發(fā)，推導了各環(huán)的最優(yōu)簇頭數(shù)量，為不均勻分簇過程提供理論指導；進一步，算法設計了一種受控簇頭競爭方案，限制簇頭分布的隨機性。仿真表明，該算法能夠更好地均衡能量消耗。
　　WSN數(shù)據(jù)收集問題的關鍵是實現(xiàn)網(wǎng)內數(shù)據(jù)處理過程與路由過程的有效結合。論文研究了貝葉斯壓縮感知理論在這一問題中的應用，重點討論了具有路由結構的稀疏投影

4、矢量的構造算法。由于該矢量的構造是NP難的，將其劃分為三個子問題求解：(1)目標節(jié)點集選擇；(2)路由構建；(3)投影系數(shù)計算。對于子問題(1)，提出了兩個指標指導目標節(jié)點的選擇：最大廣義特征值對應特征矢量的主分量、節(jié)點系數(shù)總能量。對于子問題(2)，建立了問題的形式化表述，并將環(huán)形路由問題轉化為節(jié)點分離的最小代價雙組播樹問題進行求解。最后，根據(jù)前兩步確定的非零系數(shù)位置，通過最大化微分熵的減少量求解子問題(3)。仿真部分對算法的重建性能、

5、能量消耗、復雜度等指標進行了評估，證實了本算法能夠降低計算復雜度和能量消耗，改善重建性能。
　　最后，針對一類特殊的傳感器網(wǎng)絡一延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(Delay Tolerant WSN，DTWSN)中的能量高效路由問題進行了研究。在優(yōu)化目標上，論文提出使網(wǎng)絡在盡量滿足一定服務質量的情況下，以最小化傳輸代價作為優(yōu)化目標。在算法設計上，提出了一種根據(jù)單個報文的傳輸狀態(tài)動態(tài)調整路由策略的自適應路由算法。算法根據(jù)節(jié)點的傳輸能力分配復制指數(shù)