无线传感器网络节点配置策略的能效与生存期分析

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1、山东大学硕士学位论文域的研究也只有短短的几年时间，从研究问题的深度和投入的科研力量来说，国内的水平相对国外要落后。1．2选题意义无线传感器网络节点配置的合理与否将直接影响整个网络的探测能力、覆盖能力、网络配置成本等一系列对应用至关重要的实现。一个好的节点配置要在能量有效、连通性、覆盖度、拓扑控制、冗余控制和可靠性等方面给予较多考虑，可以最大限度的发挥可用节点的效能，从而延长网络的生存期。然而，目前无线传感器网络的研究更多地集中在通信协议、感知数据查询处理技术研究、路由算法等方面，相对而言忽视了网络节点配置问题对网络能效和生存期的研究。节点能量配置的优化目标建立还不完善，研究的问题也不系统，对应

2、用研究还不深入，在某些特定的应用条件下的网络节点能量配置方案仍是空白。因此，为了更好的发挥传感器网络的效能，在此方面进行研究是尤为迫切和必要的。1．3主要贡献论文针对不同的节点配置策略，研究了其对无线传感器网络的能效及生存期的影响。在能效方面对线型静态模型，首次从数据位的能量分析着手，考虑启动能量和编码能量等多种能耗的情况下，对等间距多跳节点配置的系统能耗和单跳节点配置的系统能耗进行了比较分析，找出了最优的单跳间距，提出了优化的多跳配置模型，并通过仿真说明优化配置的有效性。针对二维静态网络模型节点配置研究，我们提出了多级电量配置策略。策略的构建是在同质节点配置的次优理论基础之上提出的，并以均衡

3、网络负载，达到延长网络生存期为最终目标的。模型的构建侧重于应用，我们对不同的应用情景，采用离散法提出了相应的多级电量配置方案，考虑电池级别有限这一现实，又进一步分析，提出了渐进法多级电量配置算法。最后的仿真中，我们强调了配置策略中关键因素对网络生存期的影响。山东大学硕士学位论文1．4内容框架整篇论文共分为五章：第一章主要介绍了无线传感器网络的研究背景及课题选题意义；第二章为课题的展开，阐述了一些知识背景和理论铺垫。首先对无线传感器网络的基本概念作一介绍，提出了网络评价的关键的性能评价，为后续章节模型的设计提出优化目标。其次围绕无线传感器网络节点配置涉及的概念、研究的范畴和相关技术作了说明，为模

4、型构建及分析提供依据。最后针对节点能耗和生存期的相关模型和优化原则做了详细的说明，提出课题展开涉及的关键切入点。第三章主要是针对无线传感器节点线型静态配置算法的能效进行了研究。针对线型静态网络模型，首次从一位的能量分析着手，对等间距多跳节点配置和单跳节点配置的能耗进行了比较分析，并提出多跳配置时的优化模型。第四章在系统能效分析的基础上，提出了具体的节点配置策略。首先，对问题进行抽象，建立了模型，针对同质节点的配置问题，提出次优理论，并在此基础上，提出了多级电量配置策略，实现了能量优化配置，均衡网络负载，延长网络生存期的目的。第五章进行了全文小结和研究展望。4山东大学硕士学位论文第二章无线传感器

5、网络节点配置相关的知识背景及研究无线传感器网络节点配置是设计和规划传感器网络的关键，将在很大程度上决定无线传感器网络的代价和性能，自然地成为研究的重要课题。本章对无线传感器网络的基本概念，节点配置的研究范畴做了介绍，然后引入课题展开的两大切入点：能效研究和生存期研究。2．1无线传感器网络概述2．1．1无线传感器网络的概念无线传感器网络是由众多传感器节点以AdHoc(移动自组网、多跳网络)方式构成的无线网络。其目的是感知、采集和转发网络覆盖区域中感知对象的各种信息，并发送给观测者。根据以上定义，传感器节点、感知对象和观测者是无线传感器网络的三个组成部分：无线网络是传感器之间、传感器节点与观测者之

6、间的通信基础，用于在传感器与观测者之间建立通信路径；协作地感知、采集、处理、发送感知信息是传感器网络的基本功能。一组功能有限的传感器节点协作地完成大的感知任务是传感器网络的重要特点。2．1．2无线传感器网络体系结构图2-l无线传感器网络的体系结构节点无线传感器网络体系结构‘11如图2．1所示，无线传感器网络系统通常包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(Sinknode)和管理节点。大量传感器节点部署在感测区域(sensorfield)，通过自组织的方式构成网络。传感器节点采集的数山东大学硕士学位论文据通过其它传感器节点逐跳地在网络中传输，传输过程中数据可能被多个节点处理，经过多跳路

7、由到达汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达数据处理中心。也可以沿着相反的方向，通过管理节点对传感器网络进行管理，发布监测任务以及收集感测数据。无线传感器网络主要有两种结构：对等结构(图2．2)和层次结构(图2—3)。对等结构类似于AdHoc网络，网络中的每个传感器节点在通信中具有相等地位，节点之间不需要协调者，通过公平竞争的方式抢占信道，任意节点间可以相互通讯，这种结构的无线传感器网络设计实现简单