4、无线传感器网络在智慧城市应用中的故障处理与集群优化

无线传感器网络在智慧城市应用中的故障处理与集群优化

1. 引言

无线传感器网络（WSN）是一种灵活的技术，具有独立、自组织和自修复的特性。它由大量的同质或异质传感器节点（SN）组成，这些节点可以均匀或不均匀地分布在指定区域。WSN 的结构可以从家庭环境扩展到恶劣环境。其可管理性高度依赖于对故障情况的有效适应，而聚类已被证明是延长传感器网络（SeN）寿命并选择最佳拓扑结构的成功策略。

如今，WSN 是用于远程监控和管理应用的最广泛使用的设备之一。尽管应用广泛，但设计限制通常会在其生命周期的各个阶段引入不同类型的错误。所有网络都依赖能源，能源是系统执行任务的催化剂。研究人员特别关注 WSN 面临的诸多难题之一——高效能源使用，尤其是当大量 SN 部署在恶劣环境中时。SN 快速耗尽能量、电池更换或充电、备用电源发电以及处理能量漏洞等是与能源相关的主要问题。此外，WSN 还执行多种操作，如路由、聚类和簇头（CH）选择，这些过程所需的能量显著降低了 SN 的功率输出。

表 1 展示了 WSN 目前面临的一些研究问题：
|问题领域|问题陈述|
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|MAC 设计|当整个网络使用固定的传输功率时，如何保持连接性？节点如何调整其传输功率以进行簇内或簇间通信？|
|调度|创建一个高效的调度机制，以在簇内和簇间通信之间切换。如何实现同时进行簇内和簇间通信？|
|CH 选择|如何防止 CH 不断轮换？如何避免 CH 负担过重？应如何根据簇的人口分布 CH？应将哪个因素（时间或剩余能量）作为 CH 轮换阈值考虑？|
|簇大小|如何选择理想的簇大小以实现有效的能源管理？多大的簇大小可以避免流量和开销问题？哪种拓扑结构最