无线传感器网络的连通恢复策略研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是网络物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)和物联网(Internet of Things,IoT)的关键组件。WSNs有时部署在恶劣环境,容易遭到外界破坏,从而网络被分割成多个孤立分区。这种情况下,网络需要一种有效的连通恢复策略,使网络恢复正常工作。连通恢复是WSNs的基本问题之一,直接决定网络生命周期和其他多方面性能。目前WSNs的连通恢复方法主要考虑部署代价等基本因素,而在约束时延、增强网络可靠性和均衡网络负载方面缺乏有效的途径。这会使得恢复后的网络时延过大、抗二次破坏的能力低下和网络寿命较短。为解决上述问题,本文提出了两种WSNs连通恢复策略,其主要内容概括如下:1)提出了一种基于负载均衡和时延约束的WSNs连通恢复策略(Load-Balanced and Delay-Constrained Connectivity Establishment,LDCE),解决时延约束条件下的负载均衡问题。该策略通过同时考虑分区内和分区之间的负载均衡情况来改善网络的负载均衡程度,并通过移动中继节点和部署静态中继节点的混合方法来约束时延。其目标不仅是简单地恢复被分割网络的连通性,还在于改善网络的负载均衡程度并约束网络的时延。最后,通过实验仿真验证了该策略性能的优越性。2)提出了一种基于可靠性和负载均衡的WSNs多目标连通恢复策略(Multi-Objective Connectivity Restoration,MOCR),解决网络可靠性和负载均衡问题。该策略根据分区到基站的最短欧式距离,将网络内所有孤立分区划分为近距离组,中距离组和远距离组。在近距离组中采用数据流量分散机制,使得其内分区尽可能直连基站;在中距离组中采用分区形状选择机制,使得网络可靠性增强;在远距离组中采用流量负载均衡机制,使得网络流量负载均衡。该策略在保证连接的基础上,降低了连接成本,均衡了网络负载并提高了网络的可靠性。最后,通过实验仿真验证了该策略的优势。
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