新能源无线传感器网络的路由及拓扑控制优化研究

This project aims to carry out the research on optimizing the routing and topology control for energy-harvesting wireless sensor networks, which can sufficiently overcome energy constraints residing in the application of traditional battery-driven wireless sensor networks, effectively realize the long-time large-scale deployment of wireless sensor networks, and significantly improve the work efficiency and service quality provided by the networks. The project will mainly carry out the research work in the following three areas: (1) we will carry out energy neutral routing optimization for energy harvesting wireless sensor networks, which optimizes the use of the harvested energy by adjusting the transmission power of sensor nodes; (2) the capability-balanced routing optimization will be carried out on the basis of energy harvesting capability of sensor nodes, which first builds the capability potential field model based on the energy-harvesting capability of sensor nodes and then routes the network data "climb" up the peak of capability "mountain" in the capability potential field; (3) the network topology control optimization will be done based on the cooperative game theory for energy-harvesting wireless sensor networks, which first builds the rules for the game with the help of energy harvesting capability of sensor nodes and then realize the capability-balanced usage of sensor nodes. The above three research topics will be conducted on scheme designing, algorithm realization, theoretical exploration and simulation. The expected results of this project will provide a great impetus on the technical development and wide-range application of wireless sensor networks.

本项目主要研究嵌入能量收集系统的新能源无线传感器网络的路由及拓扑控制优化问题。通过对网络路由及拓扑控制优化研究能充分地克服干电池供电的传统无线传感器网络的能源限制，实现网络大规模长时间部署，提高网络的服务质量和工作效率。本项目将主要在以下三个方面开展研究工作：（1）开展能量收集无线传感器网络的能量中性路由优化研究，通过调节传感器节点的传输功率实现对网络节点收集能量优化使用；（2）开展网络能量收集能力均衡路由研究，通过对网络节点能量收集能力建立能力势场模型并实现网络中数据传输沿着能力"山峰"区域传输；（3）开展基于合作博弈的能量收集无线传感器网络拓扑控制优化研究，通过依据节点收集能量能力建立节点的博弈规则并实现依据收集能量能力均衡使用节点。对上述三个问题将从方案设计、算法实现、理论探索和仿真验证等方面开展研究。项目预期研究成果将对无线传感器网络的技术发展和广泛应用起到强有力的推动作用。

近年来，随着无线传感器网络的能源瓶颈制约了其应用，新能源无线传感器网络成为了一个热点的研究领域。这些研究主要包括能量收集以及能量的有效使用等。本项目主要研究嵌入能量收集系统的新能源无线传感器网络的路由及拓扑控制优化问题，从以下三个方面开展研究工作：(1) 开展了能量收集无线传感器网络的能量中性路由优化研究，通过调节传感器节点的传输功率实现对网络节点收集能量优化使用，相关研究成果发表在重要的SCI国际期刊《Wireless Communications and Mobile Computing》上；(2) 开展了网络能量收集能力均衡路由研究，通过对网络节点能量收集能力建立能力势场模型并实现网络中数据传输沿着能力“山峰”区域传输，相关研究成果发表在国际重要会议IEEE PIMRC 2015上；(3) 开展了基于合作博弈的能量收集无线传感器网络拓扑控制优化研究，通过依据节点收集能量能力建立节点的博弈规则并实现依据收集能量能力均衡使用节点，相关研究成果发表在重要的SCI国际期刊《Ad Hoc Networks》以及重要国际会议IEEE WCNC 2014上。从方案设计、算法实现、理论探索和仿真验证等方面开展了研究。此外，本项目还开展了信息物理系统的覆盖控制以及网络可靠性中的级联失效、已经内容分发网络方面的研究，相关研究结果发表在《Computer Networks》及《IEEE Transactions on Reliability》等重要的SCI国际期刊上。针对本项目研究内容以及相关领域，项目团队发表了丰硕的成果。这些成果对无线传感器网络的科学问题进行了有益探索，并对于新能源无线传感器网络的应用有重要的理论参考价值和现实指导意义。