随着无线通信技术、微处理技术和传感器技术的发展,可以由大量传感器节点通过自组织方式构成无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)。传感器网络1中存在节点2能量和存储消耗不平衡的问题。在传统的多跳传感器网络应用中,节点感应的所有数据都通过节点之间相互协作传送到网络的外部接口Sink,靠近Sink的节点因为要转发大量数据而能量消耗较快。在以数据为中心的传感器网络存储(Data-Centric Storage,简称DCS)机制中,节点感应的数据按名字在网络内部选择节点进行存储,查询请求也按名字发送到对应的存储节点。这些存储节点由于要接收大量的数据并处理用户的查询请求,能量和存储消耗较快。由于传感器节点受到体积和成本等因素的限制,节点的能量和存储空间都非常有限。节点通常采用电池进行供电,能量有限且能量耗尽之后难以补充,成为目前无线传感器网络应用的“瓶颈”问题。节点存储空间的限制则可能引起数据丢失,影响网络的数据质量。因此,有效利用节点的能量和存储空间、延长整个网络的寿命对无线传感器网络至关重要。本文对无线传感器网络的相关研究进行了系统的分析和总结,并在此基础上深入研究了多跳传感器网络的能量洞问题和DCS的相关问题,取得了若干创新和研究成果。本文的主要贡献包括:1、针对固定层边界模型对传感器网络寿命的限制,提出MOL (Minimum Overlapping Layer)策略,引入动态层边界的思想,平衡不同簇头之间的能量消耗。在MOL策略中,根据节点到Sink的距离将节点分为不同的层,每一层又可以包含多个簇。当簇头的剩余能量降低到门限值时,触发网络重建。节点在网络重建前后的层编号可以不同,则这些层编号发生变化的节点引起层边界的移动及簇大小的变化。因此,在网络生命周期中,相邻层之间的边界会根据需要动态变化,簇的大小也是动态变化的。MOL策略克服了静态网络拓扑的限制,可以适应于初始拓扑连通的任意网络,平衡不同簇头之间的能量消耗,对网络寿命有较大改善。2、研究多对一通信模式下的多跳传感器网络能量洞问题,在连续空间对节点通信负载分布特性进行分析,以反映层边界动态变化的过程,同时还分析了空闲侦听对能量消耗的影响。基于负载分布特征的分析结果,提出负载相似节点分布(load similar node distribution)策略,即根据负载分布特性进行节点配置,在负载重的区域配置较多的节点,以平衡各区域节点的能量消耗,解决传感器网络的能量洞问题。与现有的一种非均匀节点分布和均匀节点分布策略相比,负载相似节点分布有助于平衡不同区域节点之间的能量消耗,对网络寿命有较大改善。尽管本文提出的负载相似节点分布策略是基于动态层边界模型,但这里提出的分析模型和节点分布策略可以适用于其他的多跳传感器网络。3、针对以数据为中心的传感器网络数据存储机制的热点问题,提出能量有效的热点感知数据存储策略SASS (hotSpot-Aware data Storage Scheme)。节点产生的事件根据事件类型产生存储位置,并路由到距离存储位置最近的节点,即主存储节点。当主存储节点的能量或存储空间耗尽,则根据邻居节点的存储能力及剩余能量等信息自动选择新的存储节点,避免存储热点引起的数据丢失。针对热点区域节点的能量消耗较快,以及边界转发(perimeter forwarding)模式引起的额外通信开销,对路由策略进行改进,以减少热点区域节点的能量消耗。与现有的方法相比,SASS能有效缓解热点问题,减少事件丢失和热点区域节点的能量开销。