開放無線傳感器網(wǎng)絡中面向任務的自組織機制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一種面向任務的無線自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，通常由大量密集部署在某個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點以及一個或多個位于區(qū)域內(nèi)或區(qū)域附近的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點組成。由于傳感器節(jié)點在電源能量、通信能力、計算和存儲能力等方面存在局限性，因而如何使多個傳感器節(jié)點協(xié)同工作并完成既定的任務，同時優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲結構，是進行無線傳感器網(wǎng)絡自組織設計的重點和難點。
　　在現(xiàn)有關于無線傳感器網(wǎng)絡的自組織

2、方法中，多通過路由協(xié)議和拓撲控制技術來實現(xiàn)，這兩種方法主要關注于如何提高網(wǎng)絡能量效率，延長網(wǎng)絡的生存時間。但是，在無線傳感器網(wǎng)絡的實際應用中，通常對任務的完成質(zhì)量要求較高，尤其是當任務有很高的實時性要求時，就需要犧牲部分節(jié)點的能量，通過節(jié)點間的協(xié)同作用和自組織過程，高質(zhì)量且高效的完成任務。因而對于體積小、價格低廉的傳感器節(jié)點而言，設計出一個面向任務分配的無線傳感器網(wǎng)絡自組織機制是合理且迫切需要的。
　　本文基于分布式任務分配場景，

3、提出了一種基于Q-學習算法的無線傳感器網(wǎng)絡自組織機制，該機制旨在通過節(jié)點間的自組織過程，高質(zhì)量且高效的完成任務。該機制基于任務分配過程中節(jié)點完成任務的情況，通過設定節(jié)點完成任務頻數(shù)閾值，統(tǒng)計完成任務次數(shù)較多的非鄰居節(jié)點和很少完成任務或從未完成任務的鄰居節(jié)點，并將其加入到分配任務的源節(jié)點的候選鄰居集合中，然后采用Q-學習算法學習到達貢獻資源節(jié)點的最優(yōu)路徑，進而調(diào)整節(jié)點間的連接關系;同時，刪除源節(jié)點候選鄰居集合中很少完成任務的鄰居節(jié)點;從而

4、優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲結構，確保在高效分配任務的前提下減少網(wǎng)絡平均傳遞延時，并自動適應外界環(huán)境變化。
　　此外，在綜合考慮了無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構多變的情況下，提出了一種在開放環(huán)境下傳感器節(jié)點間進行自組織的機制，該機制分析了無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化的情形，針對新節(jié)點加入網(wǎng)絡和網(wǎng)絡中節(jié)點離開等導致網(wǎng)絡拓撲動態(tài)改變的情況，提出了相應的解決方案。該機制使每個傳感器節(jié)點基于TDR和歷史信息建立合作鄰居。這種合作鄰居關系進而有助于傳感器節(jié)點在未