论文部分内容阅读
物联网是世界信息产业发展的第三次浪潮，是各国政府和联盟组织关注的重点和亟待发展的科技前沿。无线传感器网络是构造物联网的子网络之一，为物联网提供了信息感知和无线通信等多方面技术支持。无线传感器网络自身的节点和组织结构的特点及使用的集成计算、微电子和无线通信等技术，使得无线传感器网络一直作为当今信息技术的研究前沿，被各国学者和政府深入研究和广泛使用。 无线传感器网络是一个由大量的传感器节点通过自组织的方式所构成的无线网络，网络中的节点对所监控的区域或目标的信息进行感知、探测并简单处理，然后通过节点间的无线通信寻找一条到汇聚节点的可达路由，将信息转发给互联网，供用户处理。在这个过程中，目标或区域覆盖的分配调度、数据收集和广播、路由选择和无线通信等多方面技术，是设计无线传感器网络应考虑和解决的研究方面。其中目标覆盖的调度问题和无冲突的数据收集的调度问题是研究的重点。由于传感器节点的能量有限且难以更换或充电，使得如何设计有效的调度策略来延长网络的生命周期成为研究无线传感器网络的重点之一，而定向天线感知或传输数据的角度小，可以有效的节省能量消耗和数据传输过程中的干扰冲突。所以，本文主要研究在定向天线下完成目标覆盖调度和数据的收集调度问题。然而，由于定向天线的机制不同于全向天线，基于全向天线下的调度策略和相关的研究成果，不能直接应用于定向传感器网络中。本论文对定向传感器网络的目标覆盖的调度问题和数据收集的调度问题进行的研究就具有很重要的意义。本论文的主要内容分为以下四部分: 第一部分主要介绍了物联网与无线传感器网络的应用前景和关键技术。首先简单介绍了物联网的概况及无线传感器网络在其中的应用，其次对无线传感器网络进行概述;然后介绍了本论文的研究背景:定向传感器网络的产生和应用以及定向天线模型。 第二部分研究在定向传感器网络中数据收集的调度问题。考虑在给定的定向天线的模型下，基于给定的协议冲突模型，如何构造从网络中所有节点收集数据的无冲突的调度，并使得总的调度延迟最小。本论文对该问题提出了一个调度延迟上界为(Δ-1)(b)+(a)(L-1)+5+19(b)(L-2)+20(b)=((a)+19(b))L+Δ(b)-(a)-19(b)+5的算法，该算法的近似比约为((a)+19(b))。仿真实验表明，该算法比较接近总的调度延迟的下界。 第三部分研究在定向传感器网络中目标覆盖的调度问题。考虑在给定的服务延迟下，完成网络中所有目标的覆盖需求，并找到一系列满足要求的节点的覆盖集合，轮流工作，从而使得网络的生命周期最大化。本论文给出了一个关于定向传感器的工作扇区的权重的计算方法，并给出了一个基于该权重的集中式调度算法。仿真实验表明，当分配给一个工作扇区的服务时间较小时，网络的生命周期较大。 第四部分对本论文的研究工作进行总结，提出了该研究工作的创新点和遇到的难点，并说明了该工作在理论上和实际应用上的意义以及对未来工作的展望。