基于移动节点的能量有效性调度研究

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1、分类号密级博士学位论文题目：基于移动节点的能量有效性调度研究英文并列题目：ResearchonEnergy-EfficientSchedulingBasedonMobileNodes研究生：谢光前专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程导师：潘丰教授指导小组成员：学位授予日期：2016年12月答辩委员会主席：罗琦江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年十二月摘要摘要无线传感器网络中由于传感器节点能量供给的受限，如何高效的使用节点能量来最大化网络系统的生存期已成为无线传感器网络的重要

2、目标之一。传感器节点能量消耗的不平衡是影响网络系统生存期的主要原因，可利用移动节点来均衡传感器节点的能量消耗，最终达到提高网络系统生存期的目的。实际的无线传感器网络应用中，监测区域可能会存在大小不一形态各异的障碍物，当利用移动节点来提高网络系统的生存期时，必须要考虑障碍物存在的现实情况，因而如何能量有效性的调度移动节点，以避开这些障碍物具有现实的意义。本文主要研究移动节点能量有效性的调度问题，特别是监测区域存在障碍物时，移动节点的调度问题，其主要研究成果如下：（1）在LEACH协议的基础上，提出了

3、基于分簇的移动节点的路由协议，并最终实现了其能量有效性调度。经典的LEACH协议通过分簇，使所有的传感器分为两类：簇头和簇内成员。一般情况下，簇头的能量消耗要远大于簇内成员。利用基于分簇的移动节点的路由协议，大大减少了簇头的能量消耗。与基于LEACH协议相比，其能显著提高网络系统的生存期。利用改进的最邻接算法，实现了移动节点的合理调度。实验结果验证了方法的可行性。（2）针对监测区域存在障碍物的情况，提出了基于分簇的移动节点能量有效性调度。实际传感器网络的监测区域内可能会存在大小不一形态各异的障碍物

4、，当利用移动节点进行能量有效性调度时，其必须要绕开这些障碍物。利用网格化技术，调整障碍物的外形使其变得平整，在此基础上构建基于分簇的网络系统的生成图。这里需要说明的是，调整障碍物的外形不是真正改变障碍物的形状。本质上是改变移动节点的移动轨迹，以便其在一个规则的图形上移动，从而方便其实现能量有效性的调度。在构建的生成图上进行移动节点的调度，缩小了其调度范围，最后利用二边逐次修正法求出移动节点的近似最佳路由。实验结果验证了方法的有效性。（3）针对有障碍物环境下，提出了基于网格的移动节点能量有效性调度。

5、通过网格化技术的处理，整个监测区域就由大小一致的正方形的网格单元构成。该算法中，当移动节点处于网格单元的中心位置时，它会收集本网格中所有传感器节点的感应信息。然后构建基于网格中心位置的生成图，在此生成图上进行移动节点的调度。实验结果显示，基于网格的移动节点路由方法比基于分簇的移动节点路由方法具有更长的网络生存期。（4）针对能量有限的移动节点，提出了基于连通图的移动节点能量有效性调度。在包含有移动节点的混合无线传感器网络中，当静态传感器节点监测到现场异常状况发生时，移动节点能够移动到目标区域进行进一

6、步的分析与处理。随着能量捕获技术的进步，这里认为静态传感器节点不存在能量供给问题，因而只需考虑移动节点的能量消耗。为了最大化网络系统的生存期，移动节点应以最短距离移动到目标区域。为此本章构建了基于障碍物的连通图，在连通图上求解移动节点的最短移动路径。实验结果验证了基于连通图方法的有效性。I摘要关键词：无线传感器网络；移动节点；能量有效性；调度；生成图；连通图IIAbstractAbstractPowersuppliesforsensornodesarelimitedandhardtoreplace

7、inwirelesssensornetworks(WSNs),soenergyefficiencyhasbecomeoneofthemostkeyissueforextendingthenetworklifetime.BecauseoftheunbalancedenergyconsumptionoverdifferentpartsofWSNs,theentirenetworkbecomesdisconnectedthatismajorcausesofaffectingthenetworklifet

8、ime.ToprolongthelifetimeofWSNs,wecanusemobilenodestobalancetheenergyexpenditureofsensornodes.Inpracticalenvironment,themonitoredregionmaycontainobstaclesofanyshapeandsize.Aresearchchallengeishowtoefficientlydispatchmobilenodestofindinganobstac