基于凸规划的传感器网络能量优化方法研究：编程模式与均衡机制

传感器网络中普遍存在节点自身能量不合理消耗和节点间能耗不均衡问题。能耗问题造成网络中关键节点过早失效，形成监控盲区并导致网络分割。本项目针对传感器网络现有编程模式不能体现能量信息以及能耗均衡最优规划模型计算复杂度高且难以分布式实现的问题，首先提出能量敏感的编程模式，研究基于凸规划模型进行统一的能量优化管理与代码模块调度的方法。其次，研究以能量均衡为目标的凸规划模型及其近似启发式求解算法的设计方法，面向不同类型的传感器网络最小化其节点间的能耗差异，延长网络生存时间。最后，以湿地环境监控为应用背景，本项目针对静态局部网络的高能耗节点保护、基于移动Sink的能耗均衡路径规划和基于移动转发节点的能耗均衡协同路径规划三个不同的网络场景进行实用化能量优化方法的设计，并拟在实际湿地环境中进行实验测试，最终形成多项传感器网络能量优化的理论成果和实用的节能方法。

本项针对传感器网络系统中的能耗问题，以能耗敏感的编程语言和均衡机制为技术突破口，基于最优规划理论提出并设计了一套实用的传感器网络系统节能方法和机制，研究工作主要可分三个部分：首先，在系统层面，本项目提出了节能型传感器网络宏编程方法，设计并实现了其语言架构原型、运行时系统及其底层代码更新支撑技术。其次，在终端层面，本项目分别面向静态和移动传感器网络提出了保护高能耗设备和降低网络整体能耗差异的机制，其中包括基于通信参数和节点能耗参数动态调节的静态传感器网络节能方法；面向移动多网关和移动节点的传感器网络能耗均衡保护机制等。这些方法周期性的调整具有高能耗节点在感知覆盖任务、数据转发任务等方面的压力，进而降低终端间的能耗差异，从而有效缓解静态传感器网络中的能耗不均匀现象，延长其整体寿命。最后，本项目在大丰自然保护区环境监测、故宫博物院世界文化遗产保护和太湖水体环境监测等实际应用场景中对所提出的研究成果进行了验证和应用推广，相关系统运行稳定，取得了较好的经济和社会效益。本项目研究工作共发表15篇论文（5篇SCI，10篇EI），3项发明专利和1项软件著作，在项目研究过程中，共培养博士1名，硕士2名，副高级职称人才3名，完成了预期的研究目标和人才培养任务。