物聯(lián)網環(huán)境下能耗關鍵技術研究

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1、博士學位論文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ＼論文題目物聯(lián)網環(huán)境下能耗關鍵技術研究作者Ｍ．ｍ學院信息科學與工程學院專業(yè)計算機系統(tǒng)結構指導教師鄧慶緒教授備注二〇／Ｉ：年七月日分類號級密ＵＤＣ學位論文物聯(lián)網環(huán)境下能耗關鍵技術研究？作者姓名．夏長清指導教師：鄧慶緒教授東北大學物聯(lián)網工程研究所申請學位級別：博士學科類別：工學學科專業(yè)名稱：計算機系統(tǒng)結構論文提交日期：２０１５年７月論文答辯日期：２０１５年１０月：答辯委員會主席學位授予日期：子

2、戈評閱人：東北大學２０１５年７月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｉｎＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍＳｔｒｕｃｔｕｒｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｕｍｔｉｏｎｉｎＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｓｐｇｂｙＸｉａＣｈａｎｉｎｇｑｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＤｅｎｉｎｘｕｐｇＱｇＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪｕｌｙ２０１５，獨創(chuàng)性聲明。本人聲明，所呈交的學位論文是在導師的指導下完成的論文中?。崳姷玫难芯砍晒右詷?/p>

3、注和致謝的地方外，不包含其他人己經發(fā)表或撰。寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學位而使用過的材料與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。學位論文作者：日期：學位論文版權使用授權書本學位論文作者和指導教師完全了解東北大學有關保留、使用學位？論文的規(guī)定．即學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復?。崳姟＜痛疟P，允許論文被查閱和借閱本人同意東北大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數丨居庫進行檢索、交流。作者和導師同意網上交流的時間為作者獲得學位后：一半年口年

4、口一年半口兩年學位論文作者簽名：｜４導師簽名：之了々懷簽字日期：簽字日期：Ｋ叫－－Ｉ東北大學博士學位論文摘要物聯(lián)網環(huán)境下能耗關鍵技術研究摘要自上世紀九十年代以來，物聯(lián)網技術已經逐漸融入到人們的生活工作中，無線傳感器節(jié)點的大量部署使人們可以對感興趣區(qū)域進行實時監(jiān)測，采集到的海量數據通過網絡上傳到各個數據中心，以滿足用戶的不同需求，極大的提升了人們的生活質量和工作效率。然而，受體積和環(huán)境等因素的影響，傳感節(jié)點攜帶的電量十分有限，這使得無線傳感器網絡難以長時間的維持工作。并且由于監(jiān)測過程需要不斷地

5、采集數據，大量的感知數據增加了數據中心的工作負載，導致數據中心能耗急劇增加，除了產生高額的用電成本外，也對環(huán)境及電網造成了影響。如何延長無線傳感器網絡生存時間，并降低海量數據給數據中心帶來的高額能耗開銷，成為物聯(lián)網發(fā)展道路上不可回避的問題。目前，無線傳感器網絡方面主要的研究還集中在如何通過均衡網絡負載，減小網絡中節(jié)點的能量消耗差異；而降低大數據帶來的數據中心能耗成本方面，傳統(tǒng)的動態(tài)電壓調節(jié)（ＤｙｎａｍｉｃＶｏｌｔａｇｅＡｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｃａｌｉｎｇ，ＤＶＦＳ）等技術依然還是主流手段。然而，在人們對網絡生存時間和能

6、耗成本要求越來越高的今天，這些傳統(tǒng)方法的效果并不足以滿足人們不斷增長的需求。針對物聯(lián)網技術中的能耗問題，本文分別從延長無線傳感器網絡生存時間和數據中心能耗成本優(yōu)化兩方面進行了研宄。延長無線傳感器網絡生存時間方面，一首先提出了種異構網絡能耗調度算法，并且針對三維環(huán)境中網絡生存時間問題進行研宄，，，以輸油管道監(jiān)測系統(tǒng)為基礎提出了三種三維環(huán)境部署策略最后，一一提出了種節(jié)點能耗平衡策略，；在數據中心能耗成本優(yōu)化方面提出種基于能耗的數據中心成本優(yōu)化策略。本文主要貢獻點概括如下：一（１）本文提出種異構網絡節(jié)點能耗調度策略，。針對

7、傳統(tǒng)網絡生存時間有限而能量采集傳感器網絡成本過高的問題，該策略通過調整節(jié)點工作狀態(tài)以及不同種類節(jié)點的比例，實現降低節(jié)點能量消耗的目的。首先，在傳統(tǒng)網絡中增加少量能量采集節(jié)點組成異構網絡模型，為了提高可再生能源利用率，本文根據節(jié)點轉發(fā)任務數量與發(fā)射功率，確定能最采集節(jié)點工作能量閾值，當能量采集節(jié)點能量大于該值時，節(jié)點進入活動狀態(tài)，反之則保持睡眠狀態(tài)補充能量。對于網絡中大量電池供電節(jié)點，由于節(jié)點密度大，存在很高的數據冗余，為了快速判斷節(jié)點是－ＩＩ－東北大學博士學位論文摘要否為冗余節(jié)點，本文定義有效臨界點和有效覆蓋率，并根據

8、節(jié)點鄰節(jié)點的數量及節(jié)點與鄰節(jié)點的位置關系計算得到該節(jié)點的有效覆蓋率，通過比較節(jié)點的有效覆