基于休眠调度的无线传感器网络节能优化研究

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1、基于休眠调度的无线传感器网络节能优化研究EnergyOptimizationBasedonSleepSchedulinginWirelessSensorNetworks专业：控制科学与工程研究生：白栋霖指导教师：吕伟杰副教授天津大学电气与自动化工程学院二零一五年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同

2、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要无线传感器网络是一种新型信息网络，在军事和民用领域

3、取得了广泛应用。网络中节点一般采用电池供电，通常工作在恶劣甚至危险的环境中，不可能做到人工更换电池。节点能量受限影响网络生存时间，限制了传感器网络的发展。因此如何有效利用能量，延长网络生存时间是无线传感器网络研究的关键问题。延长网络生存时间最广泛使用的方案是采用节点高密度部署，所有节点在网络运行期间并非一直保持在工作状态。在保证网络监测质量的前提下，可以使一些节点轮换进入休眠状态。此外，由于节点数量较多，失效的节点数量也大大增加，影响网络性能。本文针对高密度无线传感器网络中休眠调度技术进行深入研究，主要完成

4、了以下工作：(1)本文研究了期望覆盖的保证机制。提出了新的传感器节点感知覆盖模型，节点模型包括三个参数：通信半径，感知半径和私有半径。根据新的感知模型和蒙特卡洛模拟，提出一种简单有效的方法来保证节点状态转换时网络期望的覆盖率。给定监测区域范围和网络中节点数量，就能求得为了保证网络期望覆盖率所需要的私有半径与感知半径的比值。(2)基于以上期望覆盖保证机制，本文提出一种能量有效的分布式节点休眠调度算法，该算法同时能够适应节点非均匀分布和节点失效。与其他研究相比，该算法不需要节点的位置或邻居信息，因此可以降低硬件

5、成本，并且减少节点为了获取和维护位置或邻居信息的能量消耗。仿真结果表明该算法能够在保证网络期望覆盖率的条件下，减少和均衡能量消耗，并且具有很强的鲁棒性，有效延长网络生存时间。关键词：无线传感器网络；能量高效；休眠调度；鲁棒性；网络生存时间ABSTRACTWirelesssensornetworkshavebeenwidelyappliedinmanycivilianandmilitaryapplications.Althoughtheapplicationpotentialislimitless,eachs

6、ensorisusuallybattery-poweredanditisdifficulttoreplaceorrechargethebatteriesbecauseoftheharshorhostileenvironment.Thelimitedenergyofnodesseriouslyconstrainsthenetworklifetimeandthelarge-scaleapplication.Hence,itisakeytechnicalissuetoimprovetheenergyefficie

7、ncyandincreasethenetworklifetime.Abroadlyusedmethodistodeploythesensornodeswithhighdensity.Insuchahighdensitynetwork,notallsensorsarerequiredtoperformthesensingtasksduringthewholesystemlifetime.Makingsomenodessleepdoesnotaffecttheoverallsystemfunctionaslon

8、gasthereareenoughactivenodestoassureit.Besides,thehighdensitynetworkimpliesthatnodefailuresaremorelikelytooccurwhichhaveanadverseeffectonperformance.Thisdissertationinvestigatesthesleepschedulingtechnologytoi