无线传感网络安排模型..docxVIP

无线网络传感安排模型摘要关键词一 问题重述无线传感器网络设计与优化传感器节点是由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量模块组成（图），其中传感器模块用于采集信息（种类随应用不同而不同），处理器模块用于控制、存储和处理信息；无线通信模块用于通信；能量模块提供节点所需要的能量，节点用于传感、通信以及处理的能耗是不同的。能量模块传感器ADC收发器MACCPU存储器传感器模块处理器模块无线通信模块无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的无线自组织智能网络，用于执行特定的任务。一般传感器节点是随机分布（如飞机播撒），网络需要满足网络连通性要求、对目标或区域的覆盖要求以及寿命要求等。由于节点不能更换与充电，所以节点的能量非常有限，如何设计一个能量有效且满足各种需求的无线传感器网络是一个重要问题。请给出一种无线传感器网络设计方案，并通过建立网络拓扑模型给出你设计网络性能的评价。要求：1.网络所包含的节点数量不得太少（100以上） 2.节点位于至少是二维以上的空间区域（二维或三维）（环境可以自己假定：如平原、山地、水下、森林、建筑物等）。3.由于节点通常置身于外部环境，因此很容易故障且无法修理，因此必须考虑节点故障因素。4.你的设计结果应给出节点用于传感信息的传感半径、用于通信的通信半径的的大小。5. 所设计的网络尽量使能量有效的，同时定义你认为合适的网络寿命，并预测或估计你设计网络的寿命。6. 设计网络所要求的连通性以及覆盖质量等指标，根据你设计网络目的可自行给出具体标准。7. 另外可能需要考虑的一个因素是：无线通信会有干扰，你可以通过假设或者其它方式处理。二 问题分析传感器网络的三个重要因素是，覆盖面积、网络连通性和网络寿命。覆盖面积主要从传感器节点的传感半径考虑，所有传感节点的传感面积的合集一定要大于目标区域面积；网络连通性要根据通信半径考虑，不能存在孤立的传感器节点；网络的寿命既和单个节点的电池寿命有关又和通信方式有关。根据三个要素，分两步建设网络。第一步，传感器节点安放。模型中考虑的目标区域为面积很大的圆形平面，不能对单个节点精确安放。但是可以在确定各个区域节点总数的情况下，均匀播撒。播撒时，把整个圆分成等宽的同心环，按分成的环状区域由外到内，传感器总数依次递增的规律来播撒。第二步，网络的通信安排。覆盖方案解决目标区域的监测，而连通性解决信息的传递和汇总。安排通信时，首要考虑网络的连通性，其次还要考虑网络的寿命。个别传感区域的寿命直接影响网络的寿命。所以通过通信的安排，尽量使各个区域的寿命均衡。网络寿命和评价指标的确立。因为网络安排时，已经使各个区域的寿命均衡，而且各个区域紧密联系，所以任何一个区域的平均寿命就是网络的寿命。又因为均匀播撒，所以覆盖性指标可以用最外环区域，单位面积内的传感器数表示；连通性指标可以用簇首通信圆内的平均簇首数表示。三 模型假设与符号说明3.1模型假设1假设目标区域为圆形平面；2假设各个时刻，目标区域内各个位置数据发生的概率相同；3假设节点的能量损耗只在通信部分；4假设只有一个数据汇总的点，且位于圆心位置。3.2符号说明R0:圆形平面的半径；k: 圆形平面内，圆环由内到位的层数，k=1,2,3…n0;d: 第一层圆的半径，或各层圆环的宽度(R0=n0*d)；p: 单位时间，单位面积数据发生的次数；q: 节点发生故障的概率；：覆盖整个区域的最小节点密度；Sk: 第k层圆环的面积；Rt：簇首发射信息时的通信半径；Rc: 节点的传感半径；Mk: 第k层圆环域内数据发生的总次数；Mk’: 第k层圆环域内数据发生的等效总次数；T：一个簇首最多发射信息的次数，相当于电池寿命；Vk: 单位时间第k层平均损耗的节点数；Nk: 第k层圆环域内的传感器总数；a: 覆盖系数，最外层层N和S的比值；life: 网络寿命。四 模型建立与求解4.1传感器节点的安放4.1.1圆环区域的单位损耗首先以d为带宽将圆形平面分为同心环区域，第k环的面积Sk(k=1,2…n0).图示如下：图 4.1 圆形平面分区图解得 容易知道单位时间内，第k层的数据发生总数为 .因为信息从外向内逐层传播，对内会有累加效果。比如第k层发现数据向内传播时，第k-1，k-2,…1层都要依次发出通信信号，每层发出信号等效于该层发现了数据，所以可以看作该层发生数据的总数增加了。并且可以得到等效的每层发生的数据总数：由实验数据可知，通信部分消耗了节点的大部分能量。所以传感节点的寿命可以用节点可以发射信号的总次数T表示。如果某一层单位时间共发射了n次数据，则等效于该层单位时间损耗了个传感器。又因为各区域单位时间发射信号的次数等于该区域的等效发现数据总数Mk’，所以可以知道单位时间各层节点的损耗是不同的，而是向内累加的。如果用表示则.4.1.2网络寿命最外层环内，该层的