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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中,传感器节点由于受到能量有限、存储空间较小等各种条件的限制,其存活时间一直成为WSN整个网络的运行维护上的瓶颈。通过减少节点能量的绝对消耗值和平衡整个WSN内不同节点的能量消耗负载两个思路,来延长WSN的生命周期,成为业界学者的重要研究内容。本文也分别从这两条途径,对WSN的节能关键技术进行了研究,并提出了相应的节能算法。 针对WSN中,部分热点节点处于特殊位置而需要承担大量数据转发任务,导致热点节点过早失效,进而使得WSN该区域功能失效,出现空洞的情况。提出了建立一个虚拟矢量力场指导路径选择的路由选择算法。通过在热点节点施加与其能量消耗相关联的排斥力,将数据包引导向热点周围耗能较少的节点进行数据转发。只需获取简单的邻居拓扑信息,就能高效地进行路径选择,均衡热点地区的能量消耗,进而延长这一区域的整个网络生命周期,提高能源利用效率。 与使用单路径路由技术相比,WSN使用多路径路由技术可在网络吞吐率和传输可靠性等方面取得更好的性能,也因此获得研究者较多的关注。多路径路由技术也存在着不同路径间能量消耗不平衡的问题。多条路径中的热线路径容易比普通路径过早失效,降低了能源利用效率。针对多条路由传输路径不同路径间能量消耗的不均衡,本文也提出了平衡不同传输路径间能量消耗的,基于节点密度进行多路径路由的算法。算法在路由传输过程中,收集整个转发路径周围节点密度的分布信息,选择所经路径蕴藏能量差异小、富余的路径进行数据转发,平衡数据传输负载在不同路径上的消耗,达到提高能源的利用效率,延长WSN的生命周期的效果。 减少传感节点自身能量的绝对消耗量,是解决WSN的另一个思路。对需要长时间部署于监测区域的WSN来说,节点只需要间断性唤醒进行工作是比较可行的节能策略。但WSN的不同用户对监控区域的数据存在不同的需求,并且同一用户的需求也会随时间产生变化,这给节点为了节能进行睡眠而不能及时更新监控、回传数据带来了挑战。为了满足对节点监测任务多变及减少唤醒时间的目的,本文也提出了一种基于多属性的空中索引算法,将任务内容在一个指数空间进行索引,在保证延迟可容忍前提下,最大化节点休眠时间的办法来达到节能效果。由论文中的实验结果来看,在允许一定程度的网络延迟条件下,使用多属性指数空中索引算法能够很好地延长整个WSN生命周期。 以上节能技术的研究,文中通过实验的检验,均能够有效提高每个节点的能量利用效率,为节点保存更多的能量,避免它们过早失效,以此达到延长整个WSN生命周期的目的。