無線感測器網路中節能路由及相關技術的研究

《無線感測器網路中節能路由及相關技術的研究》是依託電子科技大學,由侯孟書擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：無線感測器網路中節能路由及相關技術的研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：侯孟書

項目摘要

無線感測器網己被廣泛套用於國防軍事、環境檢測、反恐抗災、醫療衛生以及交通管理等領域。然而，無線感測器網路通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環境中，節點靠電池供給能量，而電池能源又無法更換，能量問題已經成為阻礙無線感測器網路繼續發展的主要絆腳。因此，如何在單個節點能量受限的情況下延長整個網路系統的生存時間，是無線感測器網路設計中的一個重要挑戰，也是國內外研究的熱點技術之一。本課題在分析無線感測器網路體系結構、特點的基礎上，以節約能量、延長網路生命周期為主要目的，在合理結合無線感測器自身特徵的基礎上，對其路由技術進行全面的理論分析和研究，重點考慮無線感測器網路的節能路由協定、數據融合算法、能量均衡路由技術和安全均衡路由策略等重要問題，具有重要的科學研究意義和廣泛的實際套用價值。如果能取得預期的研究成果，將會進一步加強無線感測器網路在軍事、工業、商業等領域的套用。

結題摘要

在研究工作方面，我們以無線感測器網路中路由算法的能量消耗情況為核心，圍繞節能路由協定設計理論—路由代數理論、節能路由協定的性能分析、節能路由的信任機制和新型節能路由算法設計等方面展開研究。在路由代數理論研究方面，我們提出了一種新穎的代數系統，給出了當貪婪算法用作數據分組的轉發機制時，以該算法為核心的路由協定具有可達性的充分必要條件，為節能路由協定的快速設計和正確性驗證奠定了理論基礎。在節能路由協定的性能分析方面，我們分別基於單位圓理想通信模型、對數正態陰影傳播模型，首次研究了感測網路中節點與基站之間數據分組的可達性問題，給出了節點傳輸功率與貪婪算法可達率之間的數量關係，為確定節點最小傳輸功率奠定了理論基礎。在節能路由的信任機制方面，我們根據無線感測器網路不同任務的劃分，並依據統計學理論中的負二項分布理論，提出了一種新的基於任務的信譽直接更新方法。該方法可以根據不同的任務特性控制感測器節點信譽更新時間以及更新的次數，從而降低感測器節點的計算能耗和其存儲開銷，更適合於資源受限的無線感測器網路。在新型節能路由算法設計方面，我們首先針對無線感測器網路路由協定中存在的能量消耗過快、網路生存周期較短問題，提出一種基於能量消耗速率模型的分簇路由協定。該協定在簇頭選舉的過程中綜合考慮節點能量消耗速率和普通節點到sink節點的距離，達到減少節點能量消耗，均勻感測器網路能量分布的目的。隨後，將時間分集策略引入最近提出的機會路由協定，提出了一種新穎的重複數據包可偵測的機會路由協定，從而解決了傳統機會路由中重複數據包導致感測器網路性能降低的問題，在更節能、更可靠的前提下，實現了重複數據包可偵測的機會路由以適應不同的套用場景。基於上述項目研究成果，我們發表學術論文10餘篇，申請國內技術發明專利3項，其中1項已授權。其中在IEEE INFOCOM、IEEE ICNP國際頂峰會議上發表學術論文2篇，在Chinese Science Bulletin、Science China Information Sciences等國內頂級期刊上發表學術論文2篇。