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3、,证明在节点非均匀分布的圆形网络中,如果节点持续向Sink节点发送数据,能量空洞现象将无法避免,而当节点数目满足一定关系时,网络中能够实现次优能耗均衡.本文提出一种节点非均匀分布策略及相应的路由算法用于实现这种次优能耗均衡.模拟结果显示网络生存周期终止时,处于网络内部的节点几乎达到了能耗均衡.关键词:无线传感器网络;能量空洞;节点非均匀分布中图法分类号:TP3011引言MEMS技术的快速发展使大批量生产和制造微小而经济的传感器成为可能.传感器可以用于探测周围环境的温度、湿度等信息.无线传感器网络通常由多个传感器
4、节点和一个信息收集节点(Sink)组成,布置在森林、农田、民用建筑等环境中收集人们感兴趣的信息[1].无线传感器网络中能耗效率非常重要.传感器节点间往往采用多跳方式进行通讯,一些节点既产生数据也转发数据[1].同时,数据流遵循多对一的模式,离Sink较近的节点需要承担更多的通讯负载.因此这些节点容易过早耗尽自身的能量,导致在Sink周围出现能量空洞(EnergyHole).能量空洞的出现使网络采集的数据不能进一步传送给Sink节点,此时网络的生存周期结束,网络中遗留大量未被充分利用的能量资源.文献[5]中模拟实
5、验表明如果采用节点均匀分布策略,网络中可能有高达90%的能量被浪费.我们把部分节点因为过早耗尽自身能量导致网络原有覆盖区域缺失或者数据无法送达Sink节点的现象称作”能量空洞”现象.本文从理论上探讨采用节点非均匀分布策略的无线传感器网络中能量空洞能否避免的问题.Li和Mohapatra[2]首先提出了一个用于分析无线传感器网络中的能量空洞的模型.作者假设网络中节点均匀分布,分析了层次结构、数据压缩等手段对避免能量空洞的有效性.Lian______________本课题得到国家“九七三”重点基础研究发展规划项目基
6、金(2006CB303000)、国家自然科学基金(60573131,60673154)、江苏省自然科学基金(BK2005208,BG2007039)资助.吴小兵,男,1979年生,博士研究生,研究方向为无线传感器网络.Email:wuxb@dislab.nju.edu.cn.陈贵海,男,1963年生,教授,博士生导师,研究领域为并行与分布式计算.等人在文献[3]中讨论了为节点装备不同的初始能量储备的方法提高网络数据容量的方法.作者假定在一个矩形的网络中节点均匀分布.这里网络的数据容量是指Sink节点收到的数据的
7、总和.文献[2,3]都没有回答能量空洞能否避免的问题.Olariu和Stojmenovic[4]第一次证明了在特定条件下,无线传感器网络中的能量空洞不可避免.他们同样假设网络中节点均匀分布,传感器节点持续向Sink节点汇报数据.Lian[5]等人还提出采用节点非均匀分布策略提高数据容量的思想,但仍然没有涉及节点非均匀分布策略下的能量空洞问题.文献[6]简要讨论了使用节点非均匀分布策略的能量空洞问题.作者假设网络中的每个节点数据采集率可调,给出了避免能量空洞的条件.在文献[7]的工作基础上,本文从理论上进一步探讨
8、无线传感器网络中采用节点非均匀分布策略的能量空洞问题.不同于文献[6]的是:本文假设网络中的每个节点数据采集率恒定，同时考虑数据发送和接收过程中的能量消耗,得出了不同的结论并给出了能够实现次优能耗效率的条件和具体的路由算法.本文证明了如果在一个圆形的无线传感器网络中节点非均匀分布并持续向Sink节点发送数据,节点间的能耗不均衡现象将无法避免,即能量空洞不可避免.但是如果将网络分为多个同
