无线传感器网络的低功耗异构多接口组网与传输技术研究

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在无线传感器网络中,传感器节点的能量往往是受限,因而,降低传感器节点的能耗、延长网络的存活时间一直是无线传感器网络研究中的一个热点问题。给传感器节点安装多种异构的无线通信接口来构建层次化的网络结构是一种降低能耗的有效策略。针对大规模网络的数据收集应用,如何通过对多个异构的无线通信接口的合理调度,来降低整网能耗是本文研究的主要问题。本文从数据传输和网络唤醒两个方面对无线传感器网络的低功耗异构多接口技术进行研究。  在数据传输方面,首先,在异构多接口的网络结构中,传感器节点的数据汇聚传输策略对数据量和能耗产生巨大的影响,因此要求对节点的汇聚传输策略进行分析和优化,以降低整网能耗和延长网络的存活时间。针对此问题,开展异构多接口网络的汇聚传输能耗最小化研究。通过设计原型系统并建立能耗模型,提出了建立数据收集网络能量感知路由树的贪心算法并通过仿真实验验证了算法的有效性。其次,在分簇的网络结构中,分簇的规模对整网能耗具有重大的影响,而异构多接口的网络结构对分簇网络的优化带来新的挑战,因而,有必要研究分簇规模对异构多接口网络的整网能耗的影响。针对这个问题,开展异构多接口分簇网络的整网能耗最小化研究,通过分析分簇网络的数据收集各个阶段的传输过程,建立整网能耗与节点工作量、部署密度、分簇大小等关键参数的数学关系,通过理论推导,确定最佳的分簇大小。最后通过仿真实验验证理论推导的正确性。  在网络唤醒方面,低功率唤醒接收器(Wake Up Receiver,WURx)采用专用一个低功率的信道唤醒节点实现节点的完全按需唤醒,因而,可以视为一种特殊的异构多接口技术。由于采用按需唤醒的方式每次数据收集都需要将网络完全唤醒,对于网络规模较大、数据收集频率较高的应用场景,唤醒网络的过程会造成极大的能耗开销。针对这个问题,提出采用网络按需唤醒与周期性唤醒相结构的混合唤醒策略,选择部分节点组成骨干网络并采用周期性唤醒策略,其它节点采用按需唤醒策略,通过两种策略相结合的方式降低网络的每次网络唤醒的规模和唤醒开销。
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