面向节能的无线多跳网络中继节点部署算法

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为了监测电力设备和网络运行状态,或是获取告警、故障信息和采集用户数据,海量传感器节点部署在电网区域内组成无线传感器网络以保证智能电网的高效可靠稳定运行。在无线传感器网络对电网环境监测的过程中,存在传输距离远或覆盖要求高等问题,若是不对传感器节点组网和通信方式进行有效管理,可能会带来监测漏洞或大量冗余、无效数据。通过部署一定数目的中继节点,并通过各节点间合理的协作,可以更加全面可靠的完成智能电网中监测需求,研究面向智能电网监测的无线多跳网络中继节点部署算法具有重要的意义。由于传感器一般采用电池供电,能量不易补充,为了尽可能的延长传感器协作网络生命周期,本课题围绕如何进行中继节点部署以有效节省传感器能量展开研究。通过合理的中继节点部署不仅能够延长监测节点寿命,也能为感测数据的可靠传递提供保障。而面对长距离、延迟高要求或频谱受限等传输问题时,普通通信节点难以可靠完成中继任务,引入Ad Hoc认知无线网络作为移动中继,利用频谱优势和移动性等特点,在收集感测信息时自适应的完成组网,节省传感器节点能量,提高网络资源利用率,快速建立端到端通信渠道,能有效解决上述问题。因此本文旨在研究智能电网背景下以节能为主要目的的无线传感器多跳网络中继节点部署方法,具体如下:1)针对节点固定场景下的中继部署问题,提出了一种无线传感器网络固定中继部署算法。首先以所有传感器通信距离最短为目标安放能够覆盖所有传感器的中继节点;接着以中继为簇头,依据感知强度和节点分布均匀性划分簇内子集,各簇子集关联性的工作和休眠,在覆盖度和能量间寻求均衡。仿真实验表明,本算法在部署有大量传感器的监测区域能够有效的节省网络能量,维持监测区域覆盖,延长了网络生命周期。2)针对节点移动场景下的中继部署问题,提出了一种传感器和Ad Hoc无线认知网络混合的中继部署算法。认知无线节点在传感器网络中移动,依据认知无线节点的位置和分布对传感器网络分簇,认知无线节点为簇头并承担网络中继通信任务,簇内选取传感器覆盖子集,依据子集能源分布调度其工作时间,达到节能目的。仿真实验表明,该策略在兼顾监测质量的同时,减少网络能耗和时延,有效延长网络生命周期。
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