线型无线传感器网络的节点部署策略

８６２０１０，４６（７）ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用

线型无线传感器网络的节点

袁辉勇?，赵晓廉２，谢东１

ＹＵＡＮＨｕｉ－ｙｏｎ９１，ＺＨＡＯＸｉａｏ－ｌｉａｎ２，ＸＩＥＤｏｎ９１

部署策略

ｌ湖南人文科技学院ｉｔ＂ｇ机系，湖南娄底４１７０００

２．湖南涟钢轧钢项目部，湖南娄底４１７０００

１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｕｍａｎｉｔｉｅｓ，ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１．ｏｕｄｉ，Ｈｕｎａｎ４１７０００，Ｃｈｉｎａ

２．ＨｕｎａｎＬｉａｎｙｕａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ，Ｌｏｕｄｉ，Ｈｕｎａｎ４１７０００，Ｃｈｉｎａ

Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｎｌｄｙｈｙ’＠１２６．ｃｏｒｎ

ＹＵＡＮＨｕｉ－ｙｏｎｇ，ＺＨＡＯＸｉｎｏ－ｌｉａｎ，ＸＩＥＤｏｎｇ．Ｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｌｉｎｅｗｉｒｅｌｅｓｓｇｅｌｌ／ｍｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．２０１０。４６（７）：８６－８８．

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＯｎｅｏｆｔｈｅｂｉｇｇｅｓｔｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｓｔＯｐｒｏｌｏｎｇｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮｓ）ｆｏｒｄ钨ｉｇＩｌ堍ａｎｄｄｅｐｌｏｙｉｎｇＷＳＮｓ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｎｏｄｅｓｅｎｅｒｇｙｉｓｌｉｍｉｔｅｄ，ｎｏｄｅｓｕｓｕａｌｌｙｔｒａｎｓｍｉｔｄａｔａｔＯｔｈｅｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｂｙｍｕｌｔｉ－ｈｏｐ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎＷＳＮｓｔｏｐｒｏｐｏｓｅａｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙ，ｗｈｉｃｈｏｂｔａｉｎｓＢｄｅｎｓｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎｔｏｄｅｐｌｏｙ８ｅｌｌ鲥ｎｏｄｅｓａｎｄｄｅｐｌｏｙｓｍｏｒｅｎｏｄｅｓｉｎａｒｅａｃｌｏｓｅｒｔｏｔｈｅｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｒｐｒｏｌｏｎｇｉｎｇｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｌｉｆｅｔｉｍｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｎｏｄｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ；ｌｉｆｅｔｉｍｅ

摘要：尽可能延长无线传感器网络的生命周期是设计和部署网络所面临的最大挑战之一。由于节点配备的能量有限，节点通常采用多跳方式向基站传榆数据。分析了节点在多跳通信时的能耗，提出一种非均匀的节点部署策略，得出一个部署传感器节点的密度函数，在靠近基站的区域部署较多的节点。仿真实验表明，非均匀的节点部署策略能有效延长网络的生命周期。

关键词：无线传感器网络；节点部署；生命周期

ＤＯＩ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—８３３１．２０１０．０７．０２６文章编号：１００２－８３３１（２０１０）０７－００８６－０３文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＰ３９３

无线传感器网络（ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ，ｗＳＮ８）是由部署在监测区域内的大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的、分布式自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息。并发送给观察眷ｎ。

线型无线传感器网络是一种比较特殊的无线传感器网络模型，其监控区域近似于线段，如道路、矿井、河流、桥梁等都可近似为线型区域。节点部署是无线传感器网络的一个基本问题，它影响传感器网络的生命周期和服务质量。很多延长网络生命周期的算法都是基于节点的随机均匀部署，当节点与基站采用多跳通信时，靠近基站的节点因需要转发的数据量太大而提早死亡，在基站附近出现“能量空洞”问题。“能量空洞”的出现使得网络采集到的数据不能进一步传送给基站，此时尽管网络中遗留大量未被充分利用的能量资源，但网络的生存周期已经结束田。

针对部分节点失效导致网络原有覆盖区域缺失或者数据无法传送的问题，文献【３】研究了矩形网络中节点均匀分布。为了提高网络的数据容量，文中提出一种节点初始能量非均匀分布的方法，使距离基站较近的节点有较多的初始能量储备。文献【４】移ｆ究了圆形网络区域中节点的非均匀分布。为了延长网络的生命周期，文中提出一种节点个数非均匀分布的算法，在距离基站较近的区域布置较多的节点。

研究了线型无线传感器网络中节点的能量消耗，提出—种利用冗余节点来延长网络生命周期的非均匀部署策略，得出一个部署传感器节点的密度函数，在靠近基站的区域部署较多的节点，并采用文献【５】中的密度控制算法ＰＥＡＳ来调度各区域内的睡眠节点。使得处于不同区域内的节点尽可能同时消耗完自身的能量。仿真实验表明，非均匀的节点部署策略能有效延长线型传感器网络的生命周期。

ｌ系统模型和问题陈述

１．１能耗模攀

无线传感器网络大部分的能耗来自于通信，节点通信所消耗的能量比感知和计算所消耗的能量要大得多，因此，节点在进行运算和存储所消耗的能量可以忽略不计。采用文献【６１中的无线通信能量消耗模型，假定节点传输位数据且传送距离为时，所消耗的能量为：

基金项目：湖南省教育厅科研资助项目（Ｎｏ．０９Ｃ５４７）；湖南省重点学科建设项目。

作者简介：袁辉勇（１９６７－）。酣教授，主要研究方向：传感器网络；赵晓廉，工程师；谢东，讲师，博士。收稿日期：２００８－－０９２０８修回日期：２００８—１１—２０

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