无线传感器网络节点调度算法研究与改进

摘要

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的传感器网络，具有大规模、低功耗、低成本和自组织等典型的特点，能够广泛应用于环境监测等多个领域。节点由电池供电，并且一般部署在危险复杂区域，所以无线传感器网络还具有资源高度受限、难以补给的特点。由于节点的部署通常是高密度的，这种部署方式会造成节点之间的通信干扰以及数据冲突等问题，浪费大量节点能量。因此，在不影响网络服务质量的前提下，节省能量，延长网络的生存时间，已经成为国内外相关研究人员的研究重点。目前最直接的方式是采取节点调度的方法，通过对节点进行相应的调度，使覆盖冗余节点进入休眠状态，减少节点的能量消耗，延长网络的生存时间。
　　而现有节点调度算法中，节点休眠时间固定，导致部分节点休眠机会少，能量消耗过快，节点过早失效，网络能量消耗不均衡，同时，现有节点调度算法中节点失效后没有采取补救措施，网络出现覆盖漏洞，降低网络服务质量。针对以上问题，结合现有节点调度算法，本文进行以下方面的研究：
　　（1）针对现有调度算法中节点休眠时间固定的问题，提出休眠时间动态调整的能量节约算法。
　　与现有调度算法中节点休眠时间固定不同，本文所提算法利用节点的剩余能量作为判别机制，动态调整节点休眠时间。当节点剩余能量高于能量阈值时，缩短休眠时间，节点及时唤醒，完成发送、接收和转发数据等任务，给其他节点更多休眠机会；当节点剩余能量低于能量阈值时，延长休眠时间，减少节点能量消耗，延长节点的生存时间。仿真结果表明，该算法能够延缓节点过早失效情况的出现，使得网络能量消耗更加均衡。
　　（2）针对现有调度算法没有考虑节点能量耗尽导致网络覆盖率下降的问题，提出寻找备份节点的覆盖保证调度算法。
　　与现有调度算法没有考虑节点能量耗尽导致网络覆盖率下降的问题不同，本文所提算法为失效节点寻找备份节点代替其工作，延缓网络覆盖率下降。算法首先假设休眠节点能被动唤醒，接收到邻居节点发送的消息，并向邻居节点回复消息。当节点剩余能量低于能量阈值时，节点即将失效，节点在其邻居节点中寻找处于休眠状态、剩余能量多并且距离近的节点作为其备份节点。然后通知备份节点代替失效节点工作。仿真结果表明，该算法减少覆盖漏洞出现，保证网络服务质量，增加网络有效生存时间。

目录

声明

1绪 论

1.1研究背景及意义

1.2节点调度研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本文的组织结构

1.5本章小结

2无线传感器网络节点调度概述

2.1节点调度的概念

2.2感知模型

2.3节点调度算法设计指标

2.4本章小结

3休眠时间动态调整的能量节约算法

3.1网络模型、相关定义和问题描述

3.2休眠时间动态调整的能量节约算法

3.3仿真与分析

3.4本章小结

4寻找备份节点的覆盖保证调度算法

4.1问题描述和相关定义

4.2寻找备份节点的覆盖保证调度算法

4.3仿真与分析

4.4本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文与参加的项目