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无线传感器网络能量高效路由关键技术研究

赵文辉  
【摘要】: 无线传感器网络技术是20世纪90年代末开始发展的多学科交叉的新的研究领域,是目前IT领域的研究热点之一,具有广泛的应用前景。高效的利用传感器节点有限的能量,尽可能的延长无线传感器网络的寿命是无线传感器网络应用研究的基础内容。针对这一基础研究,对能量高效路由的几个关键技术进行了研究。 提出了分布式神经网络路由算法,该算法是一种能量高效的基于地理位置的路由算法。该算法根据网络全局信息进行路径寻优并利用神经网络算法将路径寻优过程在每一个传感器节点上分布式的再现,解决了现有的路由算法由于基于网络的局部信息进行路径寻优因而容易产生并陷入路由空洞的问题。仿真结果显示,该算法能够正确快速的完成路由选择,很大限度上避免了路由空洞的过早产生,减小了路由空洞对路由过程的影响,延长了网络寿命。 提出了基于质点动力学的节点定位算法。该算法是一种高精度的距离无关的节点定位算法。该算法根据物理学中质点动力学的相关原理综合考虑网络全局信息完成节点定位过程,解决了现有的距离无关节点定位算法单纯依靠信标节点进行定位运算定位误差较大的问题。该算法还可以高精度的完成现有的距离无关节点定位算法无法完成的三维情况下的节点定位问题。仿真结果显示,在节点密度合适的情况下,二维定位误差小于节点通讯距离的16%,三维定位误差略高于节点通讯距离的20%。另外,该算法在大部分情况下可以100%保证定位结果的邻居关系满足率。 提出了适用于无线传感器网络的hmax~η节点数分布模型。该模型改变了旦前普遍采用的均匀分布的节点分布方式,从根本上解决了节点能量损耗不均对网络寿命带来严重影响的问题,延长了网络寿命。仿真结果显示,在同样数目的传感器节点情况下该模型能将网络寿命增加5-7倍。 设计了一个集防火监测、火情监测和灭火监控于一体的基于无线传感器网络的森林火灾监控系统。该系统设计采用hmax~η节点数分布模型进行网络部署,采用基于质点动力学的节点定位算法进行节点定位,采用分布式神经网络路由算法进行路由选择并结合其它相关网络技术完成各项网络功能。仿真结果显示,该系统可以长时间、大范围地持续进行森林火灾监测。


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