面向物联网应用的传感器配置优化关键技术研究

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1、万方数据东北大学硕士学位论文第1章引言1．1课题的背景和意义第1章引言物联网(TheIntemetofThings，IOT)，顾名思义，就是指“将物体连接起来的网络”，是信息技术领域的重大变革，引领了第三次信息产业浪潮。它在互联网的基础上进行延伸和扩展，通过信息传感设备，按照既定的协议，将现实中的物体通过互联网连接起来，实现物体间的网络通信和信息交换。用这种方式来实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。物联网作为一种新兴的网络，已经越来越受到了研究者的关注。从各个角度进行分析，物联网包括了以下几方面的重要技术【lj：(

2、1)无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)技术。它是综合了分布式数据采集、处理以及传输技术的网络，由于低成本、体积小、可靠性以及灵活的部署、组网模式等优点，引起了人们浓厚的研究兴趣。物联网就是根据大量的部署在各处的传感器节点和传感器网络来感知客观世界的。(2)射频识鬟JIJ(RFID)技术，它是一种在信息采集时采用非接触式的自动识别的技术。根据射频信号和它的传输性能，自动识别静止或者移动的监测对象，从而得到其相关的数值，达到对RFID标签信息的获取。(3)智能技术，为了实现某种预期的目的而利用的

3、各种方法。物联网的目标是物体智能化，实现人与物或者物与物间的交互对话。当前的智能技术，采用嵌入式技术，物体内装入智能系统，达到物体与用户的交流的目的。(4)纳米技术，主要应用于各种传感设备的微型化设计，该技术的应用，满足了物联网能够在很小体积的物体之间使用。物联网具有广阔的应用领域，物联网系统模型示意图如图1．1【l】所示。图1．1物联网系统模型Fig．1．1SystemmodelofloT万方数据东北大学硕士学位论文第1章引言物联网的基本特征是信息的全面感知、可靠传送和智能处理，其核心是物与物以及人与物之间的信息交互，基本

4、功能是信息感知[21。而从图1．1中可以看出，作为物联网底层网络的重要组成部分，无线传感器网络是物联网感知信息的重要来源之一，同样，也是信息交互对象之一，是物联网发展的关键技术。但是通过无线传感器网络等手段获取的原始感知信息具有高度的冗余性，大量冗余信息对资源受限的感知网络在信息传输、存储、后续数据处理以及能量供给方面提出了极大的挑战。不过，信息感知的目的是获取用户感兴趣的信息，大多数情况下不需要收集所有的感知数据。无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)由大量无处不在的、具有通信与计算能力的微小

5、传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的智能自治测控网络系统【3】。节点间相互协作对周围的环境进行感知，将采集到的数据传输给特定应用，同样，也可以对传感器节点进行监控与操作，从而实现计算机世界与真实物理世界的互通。无线传感器网络与传统的无线网络(女IIWLAN和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标，后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率，同时为用户提供一定的服务质量保证．在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的．因为它们通常运行在人无法

6、接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法替代，设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题[41。而为了保障网络能可靠持久地工作，在部署无线感知网络时，实际部署的节点比实现网络覆盖或完成交互任务的节点要多，因此在信息交互时一般不需要所有网络节点参与，而是在满足任务要求的前提下，选择合适的节点子集来执行任务，这样可以将其它节点设定为休眠状态，以降低网络能耗。为此，如何根据物联网应用的需求选择合适的传感器节点子集已成为研究的热点之一。1．2研究内容无线传感器网络在物联网的信息感知和信息交互中承担着重要的作用，为了

7、可以使其可以更长期、更有效地为物联网提供数据监测服务，本文针对如何面向物联网应用进行无线传感器网络的优化配置进行了研究，考虑无线传感器网络自身能量有限、不易补充的特点以及物联网应用对无线传感器网络覆盖率的要求，希望可以在满足物联网应用覆盖需求的前提下，充分利用无线传感器网络中的能量，从而延长无线传感器网络为物联网应用服务的时间。基于以上目标，本文主要研究以下几个问题：一2一万方数据东北大学硕士学位论文第1章引言首先，针对在满足物联网应用的覆盖要求的前提下，如何使无线传感器网络的使用周期更长的问题，本文将提出一个无线传感器传感

8、器节点优化选取框架。通过该框架，来对已部署好的无线传感器网络进行传感器部署优化，为物联网应用提供相应的传感器优化配置方案。其中包括有无线传感器节点的优化选取问题，以及特殊节点失效造成覆盖空洞的避免问题。其次，针对无线传感器节点优化选取问题，本文将提出一个基于遗传算法的、能量均衡使用的节点优