受控移动辅助的无线传感网长效运行关键技术研究

The popularity and application of wireless sensor networks (WSNs) requires they are able to provide more and more sustainable and longevous operations. According to the energy-sensitive characteristic of WSNs, the mobile elements (MEs) with controlled mobility are exploited to assist the implementation of data collection, topology optimization and energy replenishment in WSNs. Through the cooperation between the ME and static nodes, the key algorithms and mechanisms are to be designed to support the sustainability and longevity of WSNs. In this project, we plan to make an in-depth research: 1) The performance evaluation model for mobile data collection will be created. We will propose the offline/online data collection strategies and model the data collection schemes in constrained conditions. 2) Using the stochastic geometric theory, the algorithm to compute irregular boundaries will be studied. Based on the determined boundaries, we will design mobility-assisted schemes for topology repairing and traffic load balancing. 3) With the aid of gradually maturing wireless charging methods, the energy replenishment schemes which use the energy carried by MEs will be explored to prolong the lifetime of WSNs under diverse environment constraints. 4) The method for the integration and collaboration of the energy replenishment strategies, the topology optimization algorithms and the data collection schemes will also be explored and verified on an experimental platform.

无线传感网的普及应用越来越要求其能够持久高效地运行。针对无线传感网能耗敏感的特点，本课题提出充分利用具有移动能力的受控移动元素，辅助无线传感网实现数据收集、拓扑优化和能量补充等关键技术。通过移动元素与静止节点间的有机配合，设计关键算法机制，达到支持传感网长效运行的目标。课题主要开展四个方面的深入研究：1）建立移动数据收集的性能评价模型，提出离线/在线数据收集策略，研究受限条件下数据收集方案；2）结合随机几何理论，研究不规则边界界定算法，基于边界结果提出移动辅助的拓扑修补和负载均衡方案；3）借助不断成熟的无线充电技术，研究通过移动元素携带电量进行无线充电的方案，以助摆脱现有能量补充方案受制于环境的问题；4）研究移动能量补充策略、拓扑优化算法和数据收集方案相结合与协作的方法，并在实验平台上进行验证。

针对无线传感网能耗敏感的特点，根据项目的研究计划，我们完成的研究要点如下：1）完成了无线传感器网络节点能量补充方案的研究；2）研究了节点的定位技术，为精确定位节点，构建传感拓扑提供支撑；3）完成无线传感器网络中借助移动元素的固定移动轨迹优化传输的研究；4）完成了多移动元素在无线传感器网络数据收集中的应用研究，并对长效运行机制进行了性能评估；5）完成了无线Ad hoc网络中多跳数据收集和投递方法的研究，对传输性能进行了定量分析与评价。通过4年的工作，我们圆满完成了预定的研究计划，并超额完成了如下工作：1）研究了时空维度的数据传输相关性，提升传输的性能；2）研究了无线自组织网络中节点抗攻击的手段和方法，保障网络的长效运行；3）我们关注节点的社会效应和数据本身的内涵，研究无线Ad hoc网络中移动节点移动、社会等属性对传输投递的影响。目前，项目已发表期刊论文9篇，其中SCI论文4篇，CCF（中国计算机学会）A/B/C级期刊论文3篇；国际会议论文10篇，其中CCF A/B/C级会议论文9篇，发表专著1部，取得专利授权6项，提交软件著作权申请2项。培养青年教师3名，16名硕士研究生和3名博士研究生，其中，朱利旻获得2016年江苏省优秀硕士论文奖。