面向区间连续采样任务的无线传感器网络数据收集方法研究

摘要

无线传感器网络是由大量无线传感器节点组成的多跳自组织网络。无线传感器节点通过感知单元可以收集周围环境的数据，达到监测环境的目的，从而为战场中军事行动提供情报支持。无线传感器节点通过完成采样任务实现对环境数据的收集。在数据收集过程中，不同的采样任务之间存在可以被共享的数据。因此，可以利用数据共享减少完成任务集合时所需要的数据采样量，从而减少节点的能耗，减少数据在网络中的传输量，提高节点和网络的生命周期。
　　一般地，采样任务可以分为两类：离散的点采样任务和连续的区间采样任务。前者要求节点在某个时间段内收集一次数据，而后者则要求节点在某个时间段内连续收集一定时间区间内的数据。传统的相关研究集中在离散的点采样任务之间，针对区间连续的采样任务研究很少。本文面向区间连续的采样任务从四个方面展开了研究。首先研究了单个节点上任务的调度问题，证明了在单个节点上实现任务最优调度的问题是NP完全问题，给出了近似比为2的近似算法，并通过实验验证了算法的有效性；其次研究了在k-覆盖，r-冗余网络中，多个节点之间任务的分配问题，证明了在多个节点之间实现任务最优分配的问题是NP难问题，给出了近似比为2的近似算法，并通过实验验证了算法的有效性；再次研究了在任务分配和调度过程中，节点的负载均衡问题，提出了两个有效的近似算法，有效地提高了网络中节点的负载均衡；最后将所研究的学术成果应用到城市作战的军事案例之中，证明了所研究的学术问题的军事价值。

目录

声明

符号使用说明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 相关工作

1.3 研究内容

第二章 单节点上重叠采样任务的调度方法研究

2.1 问题背景

2.2 问题建模

2.3 基于数据共享最大化的任务调度方法

2.4 算法性能评估

2.5 本章小结

第三章 多节点下采样任务集合的分配方法研究

3.1 问题背景

3.2 问题建模

3.3 区间连续采样任务的优化分配算法

3.4 节点容量限制和任务切分的讨论

3.5 算法性能评估

3.6 本章小结

第四章 优化采样时负载均衡方法

4.1 问题背景

4.2 问题建模

4.3 负载均衡算法

4.4 算法性能评估

4.5 本章小结

第五章 应用案例研究

5.1 想定推演

5.2 研究成果转化

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果