物联网环境下能耗关键技术研究

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1、博士学位论文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ＼论文题目物联网环境下能耗关键技术研究作者Ｍ．ｍ学院信息科学与工程学院专业计算机系统结构指导教师邓庆绪教授备注二〇／Ｉ：年七月日分类号级密ＵＤＣ学位论文物联网环境下能耗关键技术研究？作者姓名．夏长清指导教师：邓庆绪教授东北大学物联网工程研究所申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：计算机系统结构论文提交日期：２０１５年７月论文答辩日期：２０１５年１０月：答辩委员会主席学位授予日期：子

2、戈评阅人：东北大学２０１５年７月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｉｎＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍＳｔｒｕｃｔｕｒｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｕｍｔｉｏｎｉｎＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｓｐｇｂｙＸｉａＣｈａｎｉｎｇｑｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＤｅｎｉｎｘｕｐｇＱｇＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪｕｌｙ２０１５，独创性声明。本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的论文中取得的研究成果除加以标

3、注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰。写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位？论文的规定．即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印。件和磁盘，允许论文被查阅和借阅本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数丨居库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：一半年口年

4、口一年半口两年学位论文作者签名：｜４导师签名：之了々懷签字日期：签字日期：Ｋ叫－－Ｉ东北大学博士学位论文摘要物联网环境下能耗关键技术研究摘要自上世纪九十年代以来，物联网技术已经逐渐融入到人们的生活工作中，无线传感器节点的大量部署使人们可以对感兴趣区域进行实时监测，采集到的海量数据通过网络上传到各个数据中心，以满足用户的不同需求，极大的提升了人们的生活质量和工作效率。然而，受体积和环境等因素的影响，传感节点携带的电量十分有限，这使得无线传感器网络难以长时间的维持工作。并且由于监测过程需要不断地

5、采集数据，大量的感知数据增加了数据中心的工作负载，导致数据中心能耗急剧增加，除了产生高额的用电成本外，也对环境及电网造成了影响。如何延长无线传感器网络生存时间，并降低海量数据给数据中心带来的高额能耗开销，成为物联网发展道路上不可回避的问题。目前，无线传感器网络方面主要的研究还集中在如何通过均衡网络负载，减小网络中节点的能量消耗差异；而降低大数据带来的数据中心能耗成本方面，传统的动态电压调节（ＤｙｎａｍｉｃＶｏｌｔａｇｅＡｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｃａｌｉｎｇ，ＤＶＦＳ）等技术依然还是主流手段。然而，在人们对网络生存时间和能

6、耗成本要求越来越高的今天，这些传统方法的效果并不足以满足人们不断增长的需求。针对物联网技术中的能耗问题，本文分别从延长无线传感器网络生存时间和数据中心能耗成本优化两方面进行了研宄。延长无线传感器网络生存时间方面，一首先提出了种异构网络能耗调度算法，并且针对三维环境中网络生存时间问题进行研宄，，，以输油管道监测系统为基础提出了三种三维环境部署策略最后，一一提出了种节点能耗平衡策略，；在数据中心能耗成本优化方面提出种基于能耗的数据中心成本优化策略。本文主要贡献点概括如下：一（１）本文提出种异构网络节点能耗调度策略，。针对

7、传统网络生存时间有限而能量采集传感器网络成本过高的问题，该策略通过调整节点工作状态以及不同种类节点的比例，实现降低节点能量消耗的目的。首先，在传统网络中增加少量能量采集节点组成异构网络模型，为了提高可再生能源利用率，本文根据节点转发任务数量与发射功率，确定能最采集节点工作能量阈值，当能量采集节点能量大于该值时，节点进入活动状态，反之则保持睡眠状态补充能量。对于网络中大量电池供电节点，由于节点密度大，存在很高的数据冗余，为了快速判断节点是－ＩＩ－东北大学博士学位论文摘要否为冗余节点，本文定义有效临界点和有效覆盖率，并根据

8、节点邻节点的数量及节点与邻节点的位置关系计算得到该节点的有效覆盖率，通过比较节点的有效覆