无线传感器网络若干关键技术研究

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1、西北工业大学博士学位论文无线传感器网络若干关键技术研究姓名：杨少军申请学位级别：博士专业：电路与系统指导教师：史浩山20060301摘要攮要无线簧感嚣髑终出大量具鸯数据感皴、揍慰处理秽觉线逶健戆力钓传感节患组成，带点闯以无线多跳的无中心方式连接，它集合了传感测爨、微电机系统、嵌入式计算以及网络通信等多种学科，是一门掰兴综合性科学技术。毙线传感器阿络以数据为中心、强调信息的感知和协同处璞，提供了一种念新的信息获取和处理方法，在凰黔军事、安全反恐、环境监测、交通管理、医疗卫生和生产制造簿领域爨有广搦应用前爨。然蔼，嚼络节点数爨众多，资源帮处理能力有限，维护困难鼠

2、性能难以保证，数据离度冗余。应用环境复杂多样，这些特点从基础理论稻工程蔹术两个层蟊绘网络漭议设计箨信患簸瑾带来篷大攘战，耱美矫究受翻越来越多研究者的关注。正是在这样的背景下，本文绪含国防料工委熬础科研项嚣、教窍罄薅±点基金磺雾帮瓣家垂然辩学基金矮嚣，疆绕弼终诲议设诗和癸律信号信息处理，对无线传感器网络环境下的若千关键技术进行了系统、深入的研究．圭蘩辑突内容和或鬃翔下：(1)无线传感器网络及篡关键技术深入分析了光线传感器网络的特点，绘篷了瓣终薅系结梭、影式纯撼透秘磅究域框架。霹髓终协议设诗、镑体傣号镶息处理和网络横拟仿真撵关键技术在传感器网络环境下所面临的挑战

3、、解决方法鄹已有成果进雩予了深入磷究。(2)无线传感器嘲络能薰敏感路由协议——能耗均衡的能量敏撼多径路豳算法镑对无线传感器阚终滤簇受载嚣均匀分蠢移可熊存在不圈性熊蔫求渡爱的特点，在建立网络能髓消耗模型和定义网络舷存期的基础上，提出了～种基予能耗均徼的能量敏感多径路由算法EBEMR。该簿法以肘空能耗均衡为童要目标，选取节患剩余能量、节点闯传输能耗鄂游延3稀度量，缀合设译了最大最小路径节点剩余能量、最小路径传输能耗和最小跳策略；针对实时和蒋通流爨不同的性缝需求，选箨不弱转输路径，避免遂褒傻趸部分苓点，瓣耦露类型滚黧，设诗籀基敏感的波尔兹曼函数究成路径切换；利用物

4、理层和MAC层信息进行了交叉层优化。仿真实验表甥，在不同或耀同性麓要求浚量情溅下，算法戆很始她进行瑕务区分贱路径选择，实现能量谯全网的均衡使用，大大键高网络生存期。(3)无线传感器嬲终移动Agent挽铡一基于移动Agent豹传感器疆终撼架模型帮基于定向扩散的移动Agent帆铽实现针对无线传感器网络中传统C／S计算模式存在的资源浪赞、负载不均衡、容错燃和安全性较差等缺陷，从网络釉带点两个层面褥出了一种基于移动Agent筋传躲器网络框架禊黧，绘掰7模型缝成、功能定义和交互接口。在此基础上，提出了一种基于定向扩散的移动Agent西北工业大学博士学位论文机制实现DD

5、MA，通过增加新的协议消息结构和MAEFilter滤器实现移动Agent实体和移动Agent环境MAE，通过扩展DD建立Agent路由，并获得包括观测节点和有效节点的虚拟连通拓扑子图VCTSG。仿真实验结果表明，DDMA可有效减少网络流量，增加系统处理灵活性，有利网间数据融合，性能普遍优于TPPDD。(4)无线传感器网络移动Agent访问路径规划——二阶段优化模型与基于进化计算的混合优化算法在形式化描述移动Agem访问路径规划问题的基础上，提出了一种更符合实际需求的二阶段优化模型，将访问路径规划问题分解为数据集成子路径和返回子路径两个整数线性规划子问题，可减

6、小搜索空间，提高算法效率。并结合遗传算法GA和粒子群优化PSO，给出了一种混合优化方法GAPSO求解该模型，将离散PSO集成到GA交叉操作中，避免产生不可行解，提高搜索质量，同时在返回子路径搜索时利用PSO对GA种群进行优化，加速收敛。同时，通过虚拟连通拓扑子图，获得高质量的候选被访问节点集，减少待选节点数量，降低解空间复杂度，使规划算法性能不直接依赖网络规模。仿真实验结果表明，随着节点数的增长，该优化模型优势明显，并且在相同模型下，GAPSO表现出比GA和BPSO更好的性能。(5)无线传感器两络时空信息集成框架——基于移动Agent的时空信息集成框架与实现

7、针对无线传感器网络数据空域广布、时域累积和高度冗余的特点，在形式化分析其信息时空变化特性的基础上，提出了一种基于移动Agent的时空信息集成框架STII。该框架设计节拍和节拍序列，以观测节点视角建立网络有效节点信息集成的近似时空坐标，节拍是空域信息集成的时间点，节拍序列构成时域信息集成的时帕J轴，传感节点间无须共享全局时钟；通过Agent访问有效节点完成信息采集和处理，降低网络流量，减少能耗；可灵活配置节拍大小、路径规划算法和信息融合算法。给出了一种框架实现方法，基于DDMA实现0DS信令，设计了不依赖ODS附加信息的路径规划算法，采用DS证据理论完成节点信

8、息融合。对SITEX02数据的模拟目标识别实验表明，