《無線感測器網路能量空洞避免理論與策略研究》是依託中南大學，由劉安豐擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無線感測器網路能量空洞避免理論與策略研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉安豐
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
能量空洞現象具有類似於自然規律木桶效應的損害，因此，如何避免能量空洞，以較少的代價而極大的提高網路壽命具有重大的經濟效益與廣闊的套用前景。本課題擬通過時、空系統微分建模方法以及參數最佳化理論建立感測器網路能量空洞避免模型。研究網路參數與能量消耗、網路壽命的最佳化關係，建立能量空洞避免的時間、空間、網路壽命的三維特徵模型，以指導網路的最佳化。並設計新的能量空洞補償、轉移、避免的機制以均衡能量消耗，避免網路運行時的能量空洞。對事件熱點區域的數據進行缺陷採集、轉移採集、補償採集來避免事件熱區的能量空洞。實現能量空洞避免的靜態網路參數最佳化與選取、運行時的能量空洞避免、事件熱區避免的解決理論與策略。最後，集研究成果，設計一種可適合無線感測器網路和工程套用背景的能量空洞避免的原型系統，並對系統進行檢驗與性能評價。
結題摘要
無線感測器網路存在特有的能量空洞現象，對網路性能影響甚為嚴重。因而研究能量空洞產生的時空模型，避免方法與機制對於解決無線感測器網路的眾多關鍵套用都有著深遠的意義。本課題通過時、空系統微分建模方法以及參數最佳化理論建立感測器網路能量空洞特徵模型。研究了網路參數、能量消耗、網路壽命間的最佳化關係，建立了能量空洞產生的時間、空間、網路壽命的三維特徵模型。提出了一系列能量空洞避免的策略與方法。並依據課題的研究結果擴展到了無線感測器網路的多個套用。課題主要進行了如下的主要研究：(1)研究了分簇無線感測器網路能量空洞模型；(2)理論分析與研究了平面網路的能量空洞特徵模型；（3）研究了基於網路參數跨層最佳化的能量空洞避免機制與性能最佳化方法；(4)提出高效路由策略設計原則及算法改進；(5)進行了多跳無線感測器網路可靠與延遲保障以及遷移與減弱能量空洞影響的方法與策略研究；(6)基於節點部署的能量空洞避免策略研究；(7)進行了事件數據路由的能量空洞避免研究；(8)無線感測器網路中基於不相交路由的安全與有效的數據收集策略研究；(9) 結合能量空洞避免，進行了抵禦網路克隆攻擊方面的研究；(10) 結合能量空洞避免，進行了網路安全(隱私保護)方面的研究；(11) 結合能量空洞避免，提高目標監測質量方面的研究。 本課題在這些研究內容上取得了較好的研究成果。其中主要有：(1)深入揭示了平面與分簇無線感測器網路的能量空洞特徵模型。從理論分析得到了能量空洞的時間與空間演化規律，從而可以較為準確的獲得能量空洞產生的區域，大小；能量空洞發生的時間，持續的時間，以及網路所能達到的最大壽命。相對於以往的研究結果，本課題的研究結果更接近實際情況，更準確。在研究中，我們得到了一些與以往直觀看法不相同的結論。這對無線感測器網路的後續研究都將產生重要的影響。(2)形成了具有特色的能量空洞避免的策略與方法。(3)結合網路的延遲、可靠性提出了網路性能最佳化的多種策略。(4)結合能量空洞的研究，推廣到了網路的事件監測、目標監測、源節點位置隱私、網路安全(克隆攻擊)等方面的研究。更重要的是：由於本課題基於感測器網路能量消耗特徵的準確掌握，因而可以充分利用網路中高達90%的剩餘能量，從而本課題提出的這些策略與方法很容易將網路性能大幅度的提高數倍，而這是以往研究中難以達到的。
