16、物联网应用的节能网络架构技术解析

物联网应用的节能网络架构技术解析

1. 物联网网络特点与节能需求

物联网网络（IoT），作为智能设备网络或资源受限网络，使用的是相对不稳定的IP连接链路，它介于无线传感器网络和互联网之间。因此，物联网应用非常需要节能且可靠的网络机制。以下将介绍几种延长物联网网络寿命的节能技术。

2. 节点放置技术

节点放置是在低功耗网络中实现均匀能耗的有效技术。高效的节点放置需满足多个要求，如能源效率、设备成本、连接性、节点密度、网络寿命和延迟等。其主要目标是延长网络寿命并提高网络连接性。

在远程应用中，资源受限节点被部署在无人值守环境中，依靠板载无线电自主运行，因此需要通过节点放置技术来确定板载传输范围和节点位置。然而，大多数部署策略中的节点放置问题被证明是NP - 难问题，为解决该问题，人们开发了多种算法，例如：
- 生物启发算法
- 粒子群优化（PSO）算法
- 虚拟力导向协同进化PSO（VFCPSO）
- 遗传算法（GA）
- 人工蜂群算法（ABC）
- 优化人工鱼群算法（OAFSA）
- 领土捕食者气味标记算法（TPSMA）
- 多目标优化（MOO）

非均匀的节点密度会导致严重的瓶颈，如数据流量不平衡和网络过载。在某些情况下，即使节点均匀分布也可能导致能量空洞，因为靠近基站的节点比远离基站的节点消耗更多能量，它们不仅要传输自己的数据，还要转发其他节点的数据。

为解决这些问题，有研究考虑以每轮数据收集的平均能耗作为寿命指标，平衡节点负载并根据节点能量水平重新定位节点。同时，节点密度对网络寿命有严重影响，有研究分析了节点密度与网络寿命的关系，先将其