On energy provisioning and relay node placement for wireless sensor networks

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作者
Y. Thomas Hou,Yi Shi,Hanif D. Sherali,Scott F. Midkiff
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:4 (5): 2579-2590 被引量:401
标识
DOI:10.1109/twc.2005.853969
摘要

Wireless sensor networks that operate on batteries have limited network lifetime. There have been extensive recent research efforts on how to design protocols and algorithms to prolong network lifetime. However, due to energy constraint, even under the most efficient protocols and algorithms, the network lifetime may still be unable to meet the mission's requirements. In this paper, we consider the energy provisioning (EP) problem for a two-tiered wireless sensor network. In addition to provisioning additional energy on the existing nodes, we also consider deploying relay nodes (RNs) into the network to mitigate network geometric deficiencies and prolong network lifetime. We formulate the joint problem of EP and RN placement (EP-RNP) into a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) problem. Since an MINLP problem is NP-hard in general, and even state-of-the-art software and techniques are unable to offer satisfactory solutions, we develop a heuristic algorithm, called Smart Pairing and INtelligent Disc Search (SPINDS), to address this problem. We show a number of novel algorithmic design techniques in the design of SPINDS that effectively transform a complex MINLP problem into a linear programming (LP) problem without losing critical points in its search space. Through numerical results, we show that SPINDS offers a very attractive solution and some important insights to the EP-RNP problem.

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