無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識分配機(jī)制的研究.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)、低功耗無線通信和微電子機(jī)械系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為近幾年新興的研究熱點(diǎn)之一，可應(yīng)用于軍事，商業(yè)，醫(yī)療，環(huán)境保護(hù)以及災(zāi)難拯救等許多重要領(lǐng)域，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)學(xué)科一個活躍的研究分支。由于傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小，攜帶電量十分有限，因此一直以來，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能性成為衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要指標(biāo)。與處理和傳感過程相比，通信過程消耗了傳感器節(jié)點(diǎn)的絕大部分能量。而相對于通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)降低數(shù)據(jù)載荷而言，節(jié)點(diǎn)標(biāo)識的能耗開銷顯得比較突出

2、。因此，研究如何減少地址標(biāo)識的能量消耗，對于降低節(jié)點(diǎn)能耗、延長傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命期有著十分重要的意義。 本文圍繞如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高效的標(biāo)識分配機(jī)制這一問題，開展了以下研究工作： 針對傳感器網(wǎng)絡(luò)地址分配過程中為了避免地址沖突而導(dǎo)致通信能耗較大的問題，提出一種基于靜態(tài)博弈模型的地址標(biāo)識分配算法。在采用地址復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，算法將每個傳感器節(jié)點(diǎn)看作博弈模型中的一個決策者，定義每個決策者的利益為分配到與其兩跳范圍內(nèi)鄰居不產(chǎn)生沖突的地

3、址標(biāo)識。模型的平衡狀態(tài)即是指每個決策者的利益得到滿足，各節(jié)點(diǎn)分配到局部唯一的地址標(biāo)識。因此，算法可通過使博弈模型達(dá)到納什平衡來解決傳感器網(wǎng)絡(luò)中的地址標(biāo)識分配問題。在進(jìn)行地址分配時，利用博弈模型中每個決策者根據(jù)其鄰居節(jié)點(diǎn)信息可獨(dú)立地進(jìn)行決策的特性，一算法避免節(jié)點(diǎn)間發(fā)送大量的交互信息，降低了地址分配算法的通信消耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與Proactive相比，MAAS算法的地址沖突率降低了61％，地址分配過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)目減少了62％。

4、 針對傳感器網(wǎng)絡(luò)中地址標(biāo)識分配未考慮節(jié)點(diǎn)傳輸頻率從而增加了傳輸能耗的問題，基于合作博弈模型，提出一種適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC地址分配算法。算法將數(shù)據(jù)傳輸頻繁節(jié)點(diǎn)與其數(shù)據(jù)傳輸頻率較低的鄰居節(jié)點(diǎn)組成聯(lián)盟進(jìn)行地址分配。節(jié)點(diǎn)的Shapley值與其數(shù)據(jù)傳輸頻率成正比，從而提高了傳輸頻繁節(jié)點(diǎn)在聯(lián)盟內(nèi)部的利益比率，使其所分配到的地址長度小于其它節(jié)點(diǎn)，節(jié)省了數(shù)據(jù)傳輸中的能量消耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與Proactive和Reactive地址分配算法相比，C

5、MAA在地址分配過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)目分別減少了62％和31％；與全局地址分配相比，CMAA所分配的地址平均長度減少了約20％。針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體效益優(yōu)化的問題，在地址標(biāo)識分配過程中，從網(wǎng)絡(luò)整體出發(fā)，提出一種能量有效的MAC地址分配算法。在地址分配模型中，將所有節(jié)點(diǎn)的共同利益看作傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體效益，并引入社會福利函數(shù)來解決傳感器網(wǎng)絡(luò)中的MAC地址分配問題。算法將每個傳感器節(jié)點(diǎn)看作是福利經(jīng)濟(jì)學(xué)中的一個個體，定義傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體效益函數(shù)