大规模密集型无线传感器网络能耗均衡问题的研究

摘要

无线传感器网络(WSN)集成了传感器、嵌入式计算、现代网络和无线通信等技术，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。大规模密集型无线传感器网络由于网络规模大、节点多、部署密集、以及数据海量，网络自组织等特点，容易出现局部能耗不均衡的问题，造成网络结构破裂最终导致网络生命周期过早结束。本文以大规模蓄电池充放电监控系统作为应用背景主要研究大规模密集型传感网络的能耗均衡问题。
　　 本文主要针对大规模密集型传感器网络能耗问题研究。主要工作有：(1)首先依据蓄电池充放电应用背景与需求，设计构建了基于传感器网络的大规模蓄电冲充放电监控系统。(2)对于传感器网络的能量模型做了定量分析，观察到传感器网络中Sink节点周围的能量洞现象，该问题是由于传感器网络多对一通信机制决定，并证明了能量洞问题不可避免。(3)网络拓扑结构和控制机制是传感器网路的基础，研究网络拓扑控制对于大规模密集型传感器网络负载均衡问题有着重要意义。主要研究了适宜于大规模传感器网络分簇结构拓扑控制算法，并提出了一种负载均衡的分簇拓扑控制算法(LBH)，在成簇阶段结合平均剩余能量以及自身剩余能量，使得生成的簇头的位置更加均匀能量充足。对于分簇维护阶段，能够自适应维护簇内节点自动换簇，使得网络整体均衡。(4)结合前面提出的拓扑控制算法，我们依照大规模密集型网络特点以及能耗均衡要求，提出了一种基于功率控制的能耗均衡自适应路由算法(PC-LBA)。它在路由选择时，结合最优发射功率以及节点剩余能量的参数选择路由表中最优节点，使得整个网路负载均衡。(5)最后我们在蓄电池充放电监控系统上实验测试了文章中的算法性能。实验结果表明，提出的算法有效缓解网络的能耗不均衡问题。
　　 本课题主要研究大规模密集型传感器网络负载均衡问题，依据其网络共性特点，在拓扑控制方面以及网络层路由方面以能耗均衡为目的，通过多种策略提出能耗均衡的拓扑控制算法以及基于功率控制的自适应路由算法，实现传感器网络的能耗均衡，延长生命周期。最后在工业中应用，具有一定工程应用的价值。