基于非均勻成簇的雙sink環(huán)境下無線傳感器網絡能量空洞避免策略.pdf

1、近年來，隨著微機電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信技術和低功耗嵌入式等技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網絡被廣泛應用于軍事，醫(yī)療，環(huán)境監(jiān)測，智能家居等領域，作為連接人類生活與物理世界的橋梁，無線傳感器網絡成為了國內外學者的一個研究熱點。無線傳感器網絡中，通常以隨機部署的方式將大量傳感器節(jié)點部署于特定的監(jiān)控區(qū)域內，傳感器節(jié)點多是由自身所攜帶的鋰電池供電，節(jié)點的能量非常有限，因此，如何有效地利用節(jié)點的能量是延長網絡生命周期的關鍵。能量空洞問題作為影響網絡

2、能量利用效率的關鍵問題，廣泛存在于層次式無線傳感器網路中。能量空洞問題是指網絡中某些區(qū)域內節(jié)點由于負載過大而提前死亡，節(jié)點死亡后，死亡節(jié)點周圍的節(jié)點將承擔更多的負載，從而加快這部分節(jié)點的死亡，網絡出現(xiàn)“熱區(qū)”，當死亡節(jié)點達到一定數(shù)量時，網絡中剩余節(jié)點的數(shù)據(jù)將無法傳輸至數(shù)據(jù)匯聚點，網絡生命周期結束。
　　本文在現(xiàn)有能量空洞避免策略基礎上，創(chuàng)新性地對配置了雙sink的大規(guī)模無線傳感器網絡中的能量空洞避免問題進行了研究，提出了一種基于非

3、均勻成簇的雙sink環(huán)境下能量空洞避免策略(DEAS，double-sinks energy hole avoidancestrategy)。本文的主要工作包括:
　　(1)對簇結構與計時廣播機制進行優(yōu)化，以分流的方式對數(shù)據(jù)進行轉發(fā)，并引入數(shù)據(jù)分流度的概念。
　　DEAS策略假設在矩形網絡兩側固定位置部署兩個數(shù)據(jù)匯聚點(sink)，以負責對網絡相應區(qū)域內節(jié)點數(shù)據(jù)的收集。網絡中，傳感器節(jié)點采用非均勻成簇的方式組織，以候選簇頭節(jié)

4、點簇內普通節(jié)點的密度為依據(jù)對候選簇頭的競選半徑進行優(yōu)化，候選簇頭采用計時廣播機制競選成為最終簇頭，候選簇頭廣播勝選消息的時間取決于候選簇頭的剩余能量和簇內的節(jié)點密度。在數(shù)據(jù)路由過程中，為使得節(jié)點間的負載更加均衡，采用拆分數(shù)據(jù)包的方式，以使得更多的節(jié)點參與到數(shù)據(jù)的轉發(fā)中。并引入節(jié)點分流度的概念，以更合理地確定分發(fā)給每個中繼節(jié)點的數(shù)據(jù)量。
　　(2)為均衡雙sink間節(jié)點的負載，提出一種雙sink監(jiān)控區(qū)域面積動態(tài)調整策略。
　　

5、在本文所討論的網絡環(huán)境中，節(jié)點隨機非均勻部署于網絡，節(jié)點不裝配位置感知設備。由于網絡中部署了兩個sink，每個sink監(jiān)控區(qū)域內節(jié)點的負載很難一致。本文提出負載差異度的概念以量化雙sink間節(jié)點的負載差異。隨著網絡的運行，雙sink間節(jié)點的負載差異度將進一步拉大，負載較大區(qū)域內的節(jié)點將更快耗盡能量，網絡出現(xiàn)能量空洞。為使得雙sink間節(jié)點的負載趨于均衡，本文采用動態(tài)調整雙sink監(jiān)控區(qū)域面積的方式，以實現(xiàn)雙sink間節(jié)點負載的均衡。

6、r>　　(3)為使得雙sink監(jiān)控區(qū)域面積的調整更加高效，提出一種面積調整閾值訓練策略。
　　DEAS算法中，當雙sink間節(jié)點的負載差異度大于某一個臨界值時，則需要調整雙sink監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控面積。反之，則保持雙sink監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控面積不變。本文將決定雙sink監(jiān)控區(qū)域面積是否需要進行調整的臨界值定義為區(qū)域調整閾值。區(qū)域調整閾值的設置決定了雙sink監(jiān)控區(qū)域面積調整的效率，為使得雙sink監(jiān)控區(qū)域面積的調整過程更加高效，提出一

7、種區(qū)域調整閾值訓練機制，以獲得更加合理的區(qū)域調整閾值。
　　(4)對多sink環(huán)境下的能量空洞問題進行分析，提出啟發(fā)式算法
　　本文最后對多sink環(huán)境下的能量空洞問題進行簡單分析，為解決多個sink的部署問題，本文在網絡初始時根據(jù)sink的數(shù)量將網絡進行分區(qū)，每個sink位于子區(qū)域的中心。并將多sink環(huán)境下的能量空洞問題劃歸為多個雙sink環(huán)境下的能量空洞問題，提出啟發(fā)式算法。
　　本文最后將DEAS算法與LEAC