大规模无线传感器网络的低功耗协作策略研究

论文题目: 大规模无线传感器网络的低功耗协作策略研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 瞿慧

导师: 沈连丰

关键词: 无线传感器网络,网络生命期,协作策略

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 无线传感器网络通过一组集成有传感器、数据处理单元和通信模块的结点,通过无线通信技术,以Ad-Hoc方式组网,其目的是通过网络结点间的协作,采集、处理和传输、发布网络覆盖区域中感知对象的信息。随着微机电系统(MEMS)、超大规模集成电路技术(VLSI)和无线通信技术的飞速发展,它的应用空间日趋广阔,遍及军事、民用、科研等领域;但由于网络结点自身固有通信能力限制、能量限制、计算及存储能力限制,对无线传感器网络的研究具有很大的挑战性和宽广的空间。以美国为首的许多发达国家都已经把发展无线传感器网络的研究作为资助重点,但我国对此方面的研究尚在起步阶段;为此,作者详细考察了目前对无线传感器网络的应用和研究现状。无线大规模传感器网络由于在信息质量、网络健壮性、以及网络自适应性等方面的突出优势,得到更为广泛的应用;但结点的微型化不可避免的带来结点可用能量的更严峻的限制,因此,延长网络的生命期已经成为进一步推广大规模无线传感器网络应用的关键。延长大规模无线传感器网络生命期的研究大体可以分为两个方向,其一是研究如何减小结点自身和物理层链路的功耗,而现在更受重视的方向则是研究网络结点之间的协作策略,以最节能的方式完成网络的通信任务,这也是本学位论文的研究着眼点。作者首先给出了对无线传感器网络生命期的准确定义,以及网络的功耗模型,接着提出并论证了网络结点的最佳中继选择策略。在此基础上,作者以单信息源无线传感器网络为研究对象,分析了多种具有代表性的信息源分布与活动规律下,使用最佳协作策略所能实现的最大的网络生命期,即网络生命期的理论上界。随后,作者介绍了在具有中心控制器,或结点具有全局知识,能够进行分布式的中心控制的网络中,通过网络流控制来设计最大生命期的无线传感器网络的方法,论证了它的可行性和优势,并给出了针对不同网络的最优化目标函数和约束条件。考虑到无线传感器网络自身的特点,作者提出了网络可行的协作策略应当具有的特性,即所有网络结点地位等同,都只具备对网络的局部知识,通过分布式的操作实现网络功能;协作策略本质上无环路;协作策略引入能量敏感参数,具备对能量消耗及结点自身能量的敏感性。为了介绍能量敏感的分布式协作策略,作者首先给出了策略对网络的三个假定,即网络具有高密度、结点具备相对于基站的位置知识、结点具备邻居的位置及能量知识;并提出和论证了使用TOA+半-GPS方法进行网络结点定位的有效性和优越性。在此基础上,作者层层深入地介绍了能量敏感的分布式协作策略的基本规则,并通过大量仿真的统计结果论证了该协作策略的可行性,以及该协作策略对提高大规模无线传感器网络生命期的有效性。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

第二章 大规模无线传感器网络

2.1 概念与特点

2.2 应用与研究

2.3 本章小结

第三章 大规模无线传感器网络生命期上界分析

3.1 无线传感器网络功耗模型

3.2 无线传感器网络生命期上界分析

3.2.1 中继选择策略分析

3.2.2 单信息源无线传感器网络的最大生命期

3.3 通过网络流控制方法设计最大生命期的无线传感器网络

3.3.1 网络流控制方法概述

3.3.2 用网络流控制方法优化网络的生命期

3.4 本章小结

第四章 能量敏感的分布式协作策略

4.1 协作策略可行性标准

4.2 能量敏感的分布式协作策略

4.2.1 大规模无线传感器网络的半-GPS定位方法

4.2.2 能量敏感的分布式协作策略

4.3 本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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