無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動匯聚節(jié)點的線路規(guī)劃.pdf

1、近年來，人們將移動匯聚節(jié)點引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造了帶移動匯聚節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點是直接數(shù)據(jù)傳送和周期性數(shù)據(jù)收集。在直接數(shù)據(jù)傳送中，感知節(jié)點采用單跳方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給移動匯聚節(jié)點；在周期性數(shù)據(jù)收集中，每輪數(shù)據(jù)收集包含如下步驟：移動匯聚節(jié)點從固定位置出發(fā)，訪問所有的感知節(jié)點，然后回到固定位置準備下一輪數(shù)據(jù)收集。在這兩種方式的共同作用下，不僅需要考慮網(wǎng)絡(luò)的生存時間、感知節(jié)點的能耗，更要考慮移動匯聚節(jié)點的續(xù)航能力、

2、感知節(jié)點之間的能量消耗速度以及每輪的數(shù)據(jù)收集延遲。本文通過研究移動匯聚節(jié)點的線路規(guī)劃來解決引入移動匯聚節(jié)點后出現(xiàn)的新問題。本文的主要內(nèi)容如下：
　　首先，本論文研究了移動匯聚節(jié)點的最短線路規(guī)劃?？s短線路長度是增加移動匯聚節(jié)點續(xù)航能力的主要方法，以往的研究讓移動匯聚節(jié)點運動到感知節(jié)點附近位置進行數(shù)據(jù)收集，而沒有考慮感知節(jié)點信號空間特征，導致規(guī)劃的線路并不是最短線路。本文將考慮感知節(jié)點無線信號的空間覆蓋特性，規(guī)劃出最短的線路。在研究中

3、，感知節(jié)點被看作空間中的圓盤形區(qū)域，移動匯聚節(jié)點穿越所有感知節(jié)點的圓盤形區(qū)域從而獲得最短線路。本文將移動匯聚節(jié)點最短線路規(guī)劃問題建模為混合整數(shù)非線性規(guī)劃，并分別提出了枚舉剪枝算法和變量分離算法來求解。枚舉剪枝算法是全局最優(yōu)算法，可以獲得最優(yōu)解；變量分離算法是局部最優(yōu)算法，可以獲得近似最優(yōu)解。大量實驗表明，枚舉剪枝算法規(guī)劃可以規(guī)劃出最短線路，但算法復(fù)雜度高，適用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；變量分離算法可以規(guī)劃出近似最短線路，算法復(fù)雜度較低，適用于大規(guī)模

4、網(wǎng)絡(luò)。
　　其次，本論文研究了移動匯聚節(jié)點的能量平衡線路規(guī)劃。最短線路的研究發(fā)現(xiàn)：感知節(jié)點的能耗與移動匯聚節(jié)點線路長度之間存在此消彼長的關(guān)系，而以往的研究往往忽略這個問題。本文將考慮感知節(jié)點能耗與移動匯聚節(jié)點線路規(guī)劃的關(guān)系，為移動匯聚節(jié)點規(guī)劃出能量平衡線路，使得所有感知節(jié)點能量消耗速率相同。在每輪數(shù)據(jù)收集過程中，期望儲能少的感知節(jié)點的剩余能量較多，并將能量平衡線路規(guī)劃問題建模為最大-最小優(yōu)化問題。由于感知節(jié)點的能耗與通信半徑有直接

5、關(guān)系，本文將最大-最小優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為移動匯聚節(jié)點的線路調(diào)整問題和感知節(jié)點的通信半徑調(diào)整問題，并分別提出錨點位置調(diào)整算法和通信半徑調(diào)整算法。大量實驗表明：通過少數(shù)幾輪的數(shù)據(jù)收集，移動匯聚節(jié)點的線路就可以達到平衡狀態(tài)；當移動匯聚節(jié)點的線路就處于能量平衡狀態(tài)時，所有感知節(jié)點能量消耗的速率基本一致。
　　最后，本文研究了對于移動匯聚節(jié)點的最小數(shù)據(jù)延遲線路規(guī)劃。從周期性數(shù)據(jù)收集模式可以看出：移動匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)收集的延遲較大，單純縮短移動匯聚節(jié)