面向服务的无线传感器网络广义生存期研究

【摘要】随着用户对物理环境各个参数关注程度的提高,需要采集的环境数据不断增加,从而产生了无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)。WSN利用传感器节点来感知客观物理世界的参数,从而得到用户需求的各种指标,具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特点,在军事、医疗、测量、救灾、家居等多个领域得到广泛的应用。然而,由于WSN节点一般能量有限且不易充电,因此如何能准确评价并有效延长WSN的生存周期具有着重要意义,同时恰当的生存期评价模型也能够有效提高网络的能量利用率,一定程度上延长了WSN的有效服务周期。影响WSN生存期评价的因素很多,如节点能量、网络结构、路由算法、网络连通度、网络覆盖率、网络休眠算法等,较好的评价生存期的方法不仅应考虑与节点有关的因素,还应综合考虑网络的整体特性,从而对网络服务质量(QualityofService,Qos)全方位了解,才能够更准确评估网络的生存状态及周期。本文总结了影响WSN生存期的各个因素,建立了面向服务的WSN生存周期的四层模型——三明治模型,将WSN服务分为四个层次,用户能够更容易地从应用需求角度出发,选择各个层次中影响WSN生存期的因素,从而能够更准确地进行面向服务的WSN生存期判定。同时,基于三明治模型提出一种基于面向服务势能场的WSN路由算法。该算法类比于物理学中的重力势能,将Sink节点作为“地面”,通过势能计算公式得出每个节点的势能,然后让信息沿势能下降最快的方向传递。随着节点剩余能量的降低,该节点势能相应升高,从而保护能量较低的节点,达到均衡网络能耗的目的。当未分区网络出现“逻辑分区”现象时,通过势能微调算法降低部分节点势能,从而解决该问题。实验证明,该算法在均衡能量消耗方面效果良好,且能够一定程度上延迟网络中第一个节点的失效时间。此外,本文提出一种WSN广义生存期评价方法,该方法通过面向服务的方式选定生存期评价指标,量化WSN生存周期评价标准,能够有效适用于目前所有类型的WSN。同时,广义生存期基于现有的缺失数据估计算法,在用户允许的范围内根据感知数据进行缺失值估计,从而延长用户感知生存期,其中估计值的置信区间由用户给出。仿真实验表明,与现有生存期评价方法相比,WSN的广义生存期评价方法更加灵活、实用、准确,能够充分面向服务,满足用户需求,提高网络能量有效利用率。
【作者】陆莹琦；
【导师】刘衍珩；
【作者基本信息】吉林大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】计算机应用；无线传感器网络；面向服务；三明治模型；广义生存期；

【参考文献】
[1]张同同.250吨数控伺服压力机传动机构运动特性及机架有限元分析[D].吉林大学,材料加工工程,2013,硕士.
[2]吴欢欢.基于Web的智能路灯监控软件的设计与实现[D].杭州电子科技大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[3]任剑.定边姬源油区延9、长2油层组油藏描述[D].西安石油大学,石油与天然气工程,2011,硕士.
[4]王洋.滨水城市空间分析与研究[D].西安工程大学,设计艺术学,2012,硕士.
[5]申金超.宁芜地区硅质体的成因及与铁矿床的成矿关系[D].中国地质科学院,构造地质学,2013,硕士.
[6]E.Corvee,S.Velastin,G.A.Jones.综合多种预测方案实现遮挡情况下的目标跟踪(英文)[J].自动化学报,2003,03:356-369.
[7]王贵珍.黑曲霉降解酒石酸关键酶的分离纯化及酶学性质研究[D].吉林农业大学,农产品加工及贮藏工程,2012,硕士.
[8]刘长伟.DNA2和TATDN1在细胞核和线粒体内的功能及调控[D].浙江大学,生物物理学,2014,博士.
[9]刘智慧.上海信息管线公司客户事务及商务管理系统[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[10]张金金.基于嵌入式Linux的电能监测装置的研究与设计[D].青岛大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[11]吴云天.大鼠海马CA1区位置细胞的Theta波相位进动[D].华东师范大学,神经生物学,2013,硕士.
[12]黄建敏,王文俊,李伯耿,朱世平.球形扩散控制体系中药物释放的建模及优化[J].高校化学工程学报,2014,03:618-625.
[13]钟飞.统计方法在电子商务卖家行为分析中的应用[D].华东师范大学,概率论与数理统计,2012,硕士.
[14]吴铜良.论我国养老保险基金的投资监管[D].宁波大学,经济法学（专业学位）,2013,硕士.
[15]罗清君.逻辑代数系统的粗糙性与拓扑性质研究[D].陕西师范大学,基础数学,2014,博士.
[16]魏晓博.环境规制对我国上市公司环境信息披露的影响研究[D].西南大学,会计学,2013,硕士.
[17]沈灏.美国气候变化侵权诉讼初探[D].复旦大学,环境与资源保护法学,2012,硕士.
[18]李哲.联通公司投诉管理子系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[19]魏飒飒.海上保险人抗辩权研究[D].大连海事大学,法学,2013,硕士.
[20]王增.大众传播游戏理论视角下的新闻娱乐化现象研究[D].辽宁大学,新闻学,2012,硕士.
[21]李楠.TiB/Cu复合材料的制备及性能研究[D].吉林大学,材料学,2013,硕士.
[22]李如松,施志辉,王德权,张宝坤.孔加工的合理化——用于精密孔加工的几种高效切削刀具[J].组合机床与自动化加工技术.1993(11)
[23]刘祥朝.普通高校纳入下一年级管理学生问题研究[D].东北师范大学,教育学原理,2012,硕士.
[24]乔后坤.公允价值计量的价值相关性研究[D].杭州电子科技大学,会计学,2014,硕士.
[25]司昕,安燮南.优化前馈神经网络模型结构的统计分析方法[J].控制与决策,1999,06:707-711.
[26]吕魁超.基于DM6437的不同照度下阈值选取对车道偏离预警系统影响的研究[D].长安大学,车辆工程,2014,硕士.
[27]王真.专利等同侵权判定研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[28]刘欣.轴向车铣切削力的研究[D].沈阳理工大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[29]夏泽军.酒店员工组织支持感对工作倦怠的影响研究[D].湖南师范大学,旅游管理,2013,硕士.
[30]王建新.新型含氟液晶合成及液晶性研究[D].华东理工大学,有机化学,2014,硕士.
[31]豆小超.时滞饱和线性参变系统的稳定性分析及控制[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[32]张振江.关于无线传感器网络节能的几个关键问题研究[D].北京交通大学,2008.
[33]聂振华.太原市商业地产投资规模影响因素及发展趋势研究[D].中北大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[34]夏丽萍.员工建言的内容结构及其相关研究[D].中南林业科技大学,企业管理,2013,硕士.
[35]王琴.PcrV被动及主动免疫在多重耐药铜绿假单胞菌致肺损伤保护作用研究[D].复旦大学,内科学（专业学位）,2013,博士.
[36]孟恒信,朱良肄,张涛.双回线路跨线故障及保护动作行为分析[J].电力系统自动化,2006,18:103-107.
[37]辛玉凤.我国私募股权投资基金风险管理研究[D].山东财经大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[38]李燕.毛泽东早期思想的转变过程探究[J].经营管理者,2014,20:316.
[39]姚春华.泰州市无线市话业务分析[J].世界电信.2000(04)
[40]董壮.从络脉学说辨治高血压病肾损害[D].黑龙江中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[41]高建华,张露菲.VSP绕射偏移[J].石油地球物理勘探,1990,04:506-512+516.
[42]肖辉煌.中医辨证论治联合除幽汤治疗幽门螺杆菌（Hp）相关性胃炎临床观察[D].福建中医药大学,中医内科学,2014,硕士.
[43]陈昌义.鸭CYP7α1基因克隆及表达的研究[D].江西农业大学,遗传学,2012,硕士.
[44]高联.台湾新泳挤压机的技术改造[J].轻合金加工技术.1993(03)
[45]李映,崔杨杨,韩晓宇.基于线特征和控制点的可见光和SAR图像配准[J].自动化学报,2012,12:1968-1974.
[46]吴智琴.临空经济区的产业选择与空间布局优化研究[D].湖南师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[47]李璇.鲐鱼鲜度快速评价技术的研究[D].浙江海洋学院,农业推广（专业学位）,2013,硕士.
[48]郭春桥.中俄转型进程演化分析[D].辽宁大学,转轨经济学,2012,硕士.
[49]杨盛楠.80后卡通艺术创作中的价值取向研究[D].华中师范大学,美术学,2013,硕士.
[50]王紫微.情绪复杂性量表的修订与相关研究[D].河北师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.