低占空比傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延保障策略研究.pdf

1、近年來，無線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)的飛速發(fā)展和日益成熟，推進(jìn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由低成本、低能耗、多功能的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)防軍事、抗災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，并且通常部署在惡劣的無人值守環(huán)境中，對(duì)它們進(jìn)行能量補(bǔ)充非常困難。而讓節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間處于休眠狀態(tài)，即低占空比模式，則會(huì)大大降低節(jié)點(diǎn)上的能量消耗，但同時(shí)帶來了不可接受的通信時(shí)延，因此，在低

2、占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性傳輸是一個(gè)亟待解決的問題。
　　 基于此，本文采用增加最少的節(jié)點(diǎn)活躍時(shí)隙的思想，犧牲最少的額外能耗保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。通過建模將該問題轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)優(yōu)化問題，以增加最少數(shù)量的節(jié)點(diǎn)活躍時(shí)隙而達(dá)到需要的時(shí)延要求(Delay-Bound)為目標(biāo)，提出了基于NSGA-Ⅱ(帶精英策略的非支配排序遺傳算法)的全局優(yōu)化算法，以實(shí)現(xiàn)端到端的通信時(shí)延保障。同時(shí)，本算法引入了免疫思想，即在算法的遺傳操作之前將初始

3、的一個(gè)活躍時(shí)隙剔除，實(shí)現(xiàn)遺傳免疫，待遺傳操作完成之后再將之前剔除的時(shí)隙放回，保證節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)時(shí)隙處于活躍狀態(tài)。在鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)中，可采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，遞歸地增加節(jié)點(diǎn)的活躍時(shí)隙獲得此問題的最優(yōu)解。然而，在路徑交叉匯集的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中遞歸增加活躍時(shí)隙是一個(gè)NP難問題。本文提出的基于NSGA-Ⅱ的優(yōu)化算法以O(shè)(mN2)的復(fù)雜度(其中m是目標(biāo)個(gè)數(shù)，N是種群規(guī)模)，解決了在大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中保障傳輸時(shí)延的問題，能夠?yàn)椴煌膽?yīng)用需求提供端到端的通信時(shí)延保障。