论文部分内容阅读
无线传感器网络实现了人和世界的连通,是人们认知和监控物理世界的方式,其具有广阔的应用前景。大量部署的廉价节点协同工作可以提供环境监控、异常入侵、目标跟踪等应用。其作为自治的无人值守的网络,以在完成任务的前提下尽可能节省能耗为主要目标。低占空比技术让节点尽可能处于睡眠状态,能够有效的延长无线传感器网络的寿命,但这会带来网络延迟的增加,而且低占空比网络中轮流唤醒节点的特性,丧失了无线网络中的广播特性,在广播数据时候的效率变低,能耗也比较多。向无线传感器网络中引入移动节点可以有效的减少源节点到静止基站数据传输的跳数,能够提高网络连通性、降低成本、增加网络可靠性和能量有效性。但由于节点的移动速度远小于无线网络数据传输速度,会造成时延的增大,在很多时候无法满足实时性任务的需求。本文基于以上理解,从节能和时延等方面对无线传感器网络进行研究,在低占空比无线传感器网络中引入移动基站,主要解决常规任务的节能和突发事件中的时延以及节能问题。在常规任务中,通过单个移动基站收集节点数据,当基站最接近时节点唤醒并进行常规任务数据的传输,基站根据自身速度以及节点缓存大小的限制选择恰当的移动路线,以网络中数据总跳数最少来进行优化,从理论上分析了在不同的数据收集速度和基站移动速度时的最优路线。而当网络中产生突发事件时,根据任务实时的需求,设置网络占空比,节点捕获事件并在确定的事件内传输给基站,基站获知事件信息,并形成到事件的最短路径,在向事件移动的过程中事件进行处理,并对周围节点的工作状态进行恢复,获得能耗和时延的平衡。在扩展到多基站移动的情况下,分析了在网络整体和网络分片下的情况,对于常规事件,两种情况的区别并不大。而在紧急事件发生的情况下,作为整体来调度多个移动的基站,需要精确的时间和位置同步,在实际应用中不够经济,可行性也不好,而利用网络分片,事件区域的常规数据可以分布到周围区域,周围区域基站在扩大收集范围之后以传输总跳数最小的目标来优化路径,这样只会影响到周围区域的基站,将事件影响控制在较小范围内。通过OPNET下的模拟验证表明在单基站的情况下我们的方法能够有效减少网络中传输数据包的数量,减少节点的能量消耗,并且能量消耗能够均衡的分布在网络中,从而获得网络寿命的延长,在紧急事件中数据传输时的传输时延能够减少,在起始阶段会有最大的网络时延,随着基站获知事件报告,时延会下降并稳定到较小的值。