《無線感測器網路中能量有效的節點調度機制研究》是依託深圳大學，由陸克中擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：無線感測器網路中能量有效的節點調度機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陸克中
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以節點調度在無線感測器網路中的套用為基本背景，以減小覆蓋集的大小為切入點，探索能進一步延長網路生存時間、適用範圍廣且實用強的節點調度機制，使之基本滿足在無線感測器網路中的理論和套用的需要。從幾何的角度出發，提出一種求解覆蓋集問題的啟發式算法，在選擇節點時儘量避免產生必然導致較多重疊的未被覆蓋的點，以進一步改善前期貪婪算法在覆蓋集大小方面的性能，並將此算法推廣至多重覆蓋、部分覆蓋等更複雜的情況，從而擴大適用範圍和增強實用性；通過基於本地信息的最短路徑的判別方法，提出一種統一考慮連通和覆蓋條件的連通覆蓋集的構造算法，在最小化工作節點向基站傳輸數據的能耗的基礎上，減少工作節點的數目；提出一種覆蓋集的動態維護算法，通過少量睡眠節點與工作節點之間的互換來減小盲區的尺寸，以增加盲區被單個節點完全覆蓋的機率，並將覆蓋集的構造與動態維護過程相結合，以減少節點調度的運行開銷。
結題摘要
目前，網路生存時間仍然是無線感測器網路發展和套用的主要瓶頸。節點調度就是在保證網路服務質量的前提下，將一部分節點投入低功耗的睡眠狀態，只保留部分節點工作，從而有效地降低系統整體能耗，延長網路生存時間。本項目基於幾何覆蓋的原理，系統深入地研究了無線感測器網路中的節點調度問題，主要研究內容和研究結果包括： (1) 研究了覆蓋集的構造問題，分別提出了一種基於蜂窩結構的感測器網路覆蓋問題求解算法(BCS算法)和一種通過增量疊代方法構造最小覆蓋集的近似算法(CCS算法)。在BCS算法中，在疊代構造過程的每一階段，選擇與蜂窩結構誤差最小的節點，加入到初始為空的節點集合中，直至所有未選的節點都不能覆蓋更多的區域。實驗結果表明BCS算法的執行時間較短，在大部分實驗場景下都可在1秒內執行完，在各個實驗場景下得到的覆蓋集的平均大小分別為現有的OGDC算法和CVT算法的93.8%和84.8%。在CCS算法中，在疊代過程中從最難覆蓋的位置選擇節點，不僅考慮候選節點對已覆蓋區域的面積影響，也考慮候選節點對已覆蓋區域的形狀影響。實驗結果表明CCS算法得到的覆蓋集的大小為現有的OGDC算法的82.6%。 (2) 研究了覆蓋增強問題，提出了一種貪婪疊代算法(GIA算法)，在每次疊代中，調整那些使得覆蓋率增加最大的節點的感知方向，重複此疊代過程直至通過調整任一節點的感知方向已不能再增加覆蓋率。此外，還提出了一種通過計算幾何求解該算法中區域計算問題的方法，以提高計算精度和減少計算時間。實驗結果表明該算法的執行時間較短，收斂速度較快，能夠獲得比現有算法更高的目標區域覆蓋率。 (3) 研究了覆蓋集的動態維護問題，提出了一種基於縮小盲區的覆蓋集維護算法(MCS算法)，通過少量睡眠節點與工作節點之間的互換來縮小盲區的尺寸，以增加盲區被單個節點完全覆蓋的機率，從而在失效覆蓋集的基礎上，僅通過置換少量節點和添加一個節點，即可使之重新有效。實驗結果表明MCS算法可將覆蓋集的生存周期平均延長20.7倍。 通過本項目的研究，推動了無線感測器網路中節點調度問題的理論研究和套用研究，為幾何覆蓋問題提供新的研究方法和研究思路。此外，本項目還促進了項目組團隊的成長，取得了令人鼓舞的進展：已發表了21篇相關論文，其中4篇被SCI收錄，15篇被EI收錄；已培養了2名碩士研究生畢業，現有5名在讀碩士研究生正在開展此方向的研究工作。
