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无线传感器网络中节点的功率控制和数据的路由选择

无线传感器网络中节点的功率控制和数据的路由选择

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作者：段垚鑫重庆大学

学位级别：硕士

得益于无线通信技术和低功耗嵌入式技术的飞速发展,一种新兴的分布式网络正得到广泛的关注。Wireless sensor networks,简称WSN,即无线传感器网络是由大量网络节点(传感器节点)组成的网络系统,它是一个以无线通信为基础的多跳自组织网... 详细信息

得益于无线通信技术和低功耗嵌入式技术的飞速发展,一种新兴的分布式网络正得到广泛的关注。Wireless sensor networks,简称WSN,即无线传感器网络是由大量网络节点(传感器节点)组成的网络系统,它是一个以无线通信为基础的多跳自组织网络。无线传感器网络最通常的应用方式是收集传感器感应区域内的数据。这种数据收集的形式,形成了一种特殊的传播方式--汇聚传播(Convergecast)。汇聚传播与能耗问题、带宽问题同样都是WSN的研究中非常重要的研究方向。调度WSN中各个节点的路由策略,从而形成一个汇聚传播树,这是汇聚传播研究的核心问题。在传统的汇聚传播的研究中,通常只考虑了如何尽力的减少传输的能耗,而很少有研究考虑到了网络带宽的限制。本文通过论证表明,当需要在WSN中构建一个汇聚传播的树形传播拓扑时,不光要考虑能耗的问题,也需要考虑带宽的限制。尤其是当所构建的汇聚传播树中的通信必须是无拥塞时,带宽限制的问题就显得极其重要了。此外,WSN中的节点通常都可以调整自己的无线发射功率。发射功率的变化会使得网络的很多属性发生变化,比如网络的邻居关系、网络的拓扑结构、无线链路的带宽等等。基于前面提到的这些情况,本文引出了一个WSN中的问题:最小总传输功率问题(Minimum Total Transmission Power Problem,简称MTTP)。MTTP问题考虑的是,在WSN中各个节点无线传输功率可调的情况下,如何构建一个无拥塞的汇聚传播树,同时整个网络的总传输功率最小。本文构造了一个整数线性规划(Integer Linear Programming,简称ILP)的数学模型来表示MTTP问题,并且通过这个ILP模型来得到MTTP问题的最优解。但是,解ILP问题需要的耗时很高,因此,为了能够高效的解决MTTP问题,本文给出了一个启发式的算法来快速解决MTTP问题。我把这个启发式的算法叫做“Nearest-to-Sink”。该算法采用了一个贪心的方式来找到可用的路由路径。本文构建了一个仿真的实验环境来模拟WSN网路的数据传输。通过深度的实验,结果表明本文提出的算法是可行的,它能够非常有效的解决WSN中的汇聚传播问题。

关键词：无线传感器网络汇聚传播功率控制路由高效耗能

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