传感器网络关键算法研究
传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，它综合了传感器技术、微机电系统和网络技术，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并对其进行处理，将信息传送到用户。在军事、环境、医学、空间探索以及工业、民用和家庭网络等领域具有广泛的应用前景。科学家预言传感器网络将成为新世纪人们生活的重要组成部分。传感器网络主要使用无线电技术进行通信，与传统的无线网络不同，因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，电池无法进行充电，设计有效的协议及算法延长网络的生存周期成为无线传感器网络的核心问题。因此目前的无线网络、自组织网络(Ad-hoc)以及蓝牙网络的协议理论不适合于传感器网络，针对传感器网络应用模型、协议及算法的研究成为当今研究的热点问题。
本文主要在以下5个方面进行了研究：1)在LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)基础上给出了LEACH中最优簇首数目计算公式应用的限定条件，提出了比此限定条件更宽的新的最优簇首数目计算公式，证明了在新的限定条件下传感器网络生存期最长。通过仿真验证了在同样的簇首数目条件下，传感器网络的耗能与簇首位置分布有关，在簇首分布均匀的情况下能量消耗较小，提出了选择均匀分布簇首的递归算法，对算法复杂度进行了分析并利用仿真验证了算法的有效性。
2)提出了供移动对象之间通信的中继传感器网络应用模型，对运动对象通信的命中率参数进行了理论分析，给出了针对这种模型、基于邮箱的拉模式与推模式算法性能对比的临界条件，为算法的选择提供了理论依据。为了进一步提高通信效率，对该模型网络的区域划分方案进行了研究，提出了满足命中率的关于区域划分的理论参考公式。
3)参考蓝牙无线自组织网络的研究背景，对传感器网络的数据包调度和路由算法进行了研究，从理论上证明了AFP算法优于RR算法。提出了一种新的适合传感器网络的RTSA调度算法和MSRT路由算法，经仿真验证了算法具有较高的调度命中率和平均线路利用率，因此该算法更节能，具有更长的网络生存期。
4)对传感器网络的时钟同步问题进行了研究。时钟同步是任何分布式系统的重要组成部分，当一个传感器网络需要确定准确的事件时间序列时，进行时钟同步是很重要的。例如，利用振动时间序列的检测对物体移动速度进行估计；测定声速进行物体定位；避免不同的传感器对相同的事件重复检测，产生冗余信息。目前，时钟同步问题面临着许多挑战：首先，资源的限制如有限的电池和有限的带宽，使得大部分算法尽力实现数据包传输的低开销。第二、无线介质的广播本质引入了数据包的冲突甚至丢失，这就增大了数据包路由的延迟方差。第三、传感器网络是由许多低廉的传感器组成，用低廉的晶体提供时钟，这样的时钟更容易漂移，且漂移速率未知。
本文提出了基于节能的事件驱动时钟同步算法，对时钟同步的误差进行了分析，给出了基于概率的信道延迟产生误差的理论估计方法，本文提出的时钟同步算法，能够满足时间驱动型传感器网络的时钟同步要求，在事件发生频率不高的情况下，显著节省了能量消耗。
5)针对海洋探测的网络结构，结合声波在水下传播的物理特性，论文研究了传感器网络的最优簇首数计算问题，给出了计算方法和公式。同时论文提出了冗余传感器的判定条件，为进一步研究传感器网络节能算法提供了条件。
传感器网络;中继网络;分簇网络;时钟同步;水下传感器网络;传感器技术;微机电系统
中国海洋大学
博士
物理海洋学(海洋技术)
唐功友
2005
中文
TP212;TP301.6
101
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）