无线传感器网络中能量平衡方法研究

摘要

无线传感器网络是一种特殊的Ad hoc网络，它综合了现代网络无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、传感器技术等先进技术，有着十分广阔的应用前景，是目前网络通信领域的研究热点之一。随着传感器的广泛应用，其本身能量的有限性局限了其应用的范围。在传感器网络中，由于每个传感器节点转发数据消耗的能量不同，就会造成特殊区域节点过早死亡，形成“热点区域”。该区域的节点由于要转发相对比较多的信息，能量快速耗完，严重制约了无线传感器网络的能量利用率，缩短了其生命周期。针对能耗的不均匀性，本文以理论算法研究和仿真实验为手段，从平衡节点能量消耗出发，通过平衡网络区域节点转发信息的能量负荷，到达延长网络生命周期和提高网络能量消耗率；并对移动传感器网络的节点调度策略进行研究，提出了一种新的移动节点调度算法，实现网络能量密度的均衡。
　　 本文的主要研究内容如下：
　　 1．对当前典型的传感器网络能量消耗平衡策略进行介绍，重点分析和比较了基于静态传感器网络能量消耗平衡策略和基于移动传感器网络能量消耗平衡策略，各自的能量模型和网络模型。
　　 2．通过以上策略的启发，提出混合多跳策略来实现静态传感器网络的能量消耗平衡。设计了混合多跳策略中单跳和多跳的比率及其能量和网络模型，并通过仿真分析在混合多跳策略下传感器网络能量消耗量与传感器结点个数以及感应半径的关系。
　　 3．通过分析混合跳策略的局限性，提出通过移动传感器网络中节点移动的能量平衡算法。该算法通过计算每个传感器节点所在位置区域能量强度和能量密度，以此来选择候选移动节点；定义格点之间能量差平均的归一化值来作为网络的能量平衡指标；移动候选节点通过使用中心角极坐标检测能量漏洞，并推导出漏洞产生的条件及其相应情况下的漏洞面积；设计出能量分布平衡的节点移动算法来改善网络的能量覆盖。通过仿真测试得出，能量分布平衡的节点移动算法有效地提高了网络的能量覆盖水平，有效延长了网络的生命周期。实现了设计的预定目标。