基于存储转发的大规模传感器网络连通性关联覆盖

近年来，无线传感器网络得到了全球众多研究者的重视，并在理论研究、技术开发以及应用推广等方面经取得了长足进步。同时许多新问题也逐渐显现，特别是大规模长期部署的无线传感网络面临巨大挑战。连通性覆盖控制是在保证服务质量的前提下，通过节省节点能量延长网络寿命的重要措施。.本项目针对大规模无线传感器网络，在普通传感器网络中置入少量存储转发节点，利用其较强的传输能力缓解网络传输带宽的瓶颈问题；其较大的存储空间在支持快速、低能耗数据查询的同时，为网内局部数据分析和决策提供支持。本项目通过研究存储转发节点的强约束优化部署，为大规模传感器网络提供具有节能、容错和自适应的运行平台。冗余部署的存储转发节点如何构成最小的连通骨干网络，提供高效、可靠的数据传输是本项目研究的关键问题之一。基于存储转发节点的局部数据存储，通过建立感知数据的时-空关联模型，研究反馈驱动的连通性关联覆盖控制理论和方法。

信息感知质量和信息传送质量代表着无线传感器网络的基本性能。感知质量通常以传感器网络的覆盖度来描述，其目标是使人类感兴趣的每个物理位置上的信息均可以得到采集。传输质量通常以网络连通性来描述，其目标是使任何传感器节点采集到的数据都可以传输到数据汇聚中心。但是，一定的覆盖度和连通性的满足首先依赖于节点的部署。传感器网络的覆盖和连通问题作为其基本问题已经进行了大量的研究，但是针对存在存储转发节点的传感器网络研究很少，在这种存储转发模式下的覆盖和连通面临大量的新问题和挑战。.本项目主要研究内容包括：1）存储转发节点的自适应约束性部署问题研究。主要解决在满足一定条件下，放置多少个节点以及节点放置位置的问题。2）自适应的网络连通性调度策略研究，提出流量自适应节点睡眠调度算法。3）反馈驱动的局部关联覆盖理论和算法研究。依据节点间空间关联性提出快速抽取关联模型的方法，以及基于关联模型的关联集划分算法；提出连通的最小关联覆盖集生成算法，以及反馈驱动的时-空关联覆盖控制算法。.本项目所取得的结果主要包括以下几个方面。1）针对异构无线传感器网络中存在的“能量空洞”问题，提出了一种能量均衡的中继节点部署策略，在满足网络应用需求的连通质量的前提下，可以有效地延长网络的生存周期。2）针对土壤湿度监测的特定应用场景，采用土壤湿度相关度模型来度量数据相关度，提出了一种面向应用的基于数据相关性的传感器网络关联成簇策略，该策略使得簇内节点间具有良好的数据相关性，更易于实现高效的簇头数据融合，达到节约能耗延长网络寿命的目的。3）在没有节点位置信息的情况下，针对节点通信范围多级可调的传感器网络，采用联合感知模型，提出了一种保证网络覆盖质量和网络连通性的调度控制算法，该算法选取最少工作节点且工作节点位置分布均匀，使网络整体能耗分布均衡。4）提出了一种增强型覆盖控制算法，该算法可以有效地求解出对监测区域进行有效覆盖下的最少节点，给出了传感器节点概率的期望值计算方法，以及目标节点首次被传感器节点覆盖和n次覆盖后的期望值求解过程，验证随机变量相互之间不独立时的比例函数关系。5）提出了一种概率模型下优化覆盖算法。通过对概率覆盖模型的计算，给出了覆盖期望值和公差的求解过程，以及覆盖后的期望值证明过程。通过节点状态调度策略对通信路径进行了优化，证明了节点能量衰减过程中似合函数极限存在的意义。