剩余能量感知的無線傳感網(wǎng)絡(luò)移動數(shù)據(jù)收集機制研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)是科技和生活的結(jié)晶。在物聯(lián)網(wǎng)生活中，各種智能設(shè)備已經(jīng)成為了應(yīng)用的主角，其中之一便有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它受到的關(guān)注度越來越高，被廣泛使用在生活、環(huán)保、軍事等活動中。通常，無線傳感器可以部署在人類難以或無法到達的地方進行探測活動，節(jié)省了大量的人力物力，也防止了一些意外事故的發(fā)生。加之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成本低、維護容易，到現(xiàn)在為止已經(jīng)得到了世界范圍內(nèi)的認可。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，簡稱為WSN，通常由數(shù)量眾多并且能量和處理能力都有限的無

2、線傳感器組成。傳感器節(jié)點相互協(xié)作完成既定的任務(wù)。由于傳感器節(jié)點的能量有限，因此如何延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間就成為無線傳感網(wǎng)能否普遍使用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。而要延長傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間，最直觀的方法就是節(jié)省每個傳感器節(jié)點的能量消耗。傳統(tǒng)的方法是對網(wǎng)絡(luò)進行分簇，以簇頭節(jié)點的高能耗來換取成員節(jié)點的高生存率。然而這種分簇形式的WSN的生存時間并不理想。
　　為了達到節(jié)能的目的，我們引入了移動數(shù)據(jù)收集器這一裝置。我們假設(shè)所有的WSN節(jié)點一經(jīng)部署就保持位置

3、靜止不動，一個移動數(shù)據(jù)收集器在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中漫游，來減少傳感器之間為了轉(zhuǎn)交數(shù)據(jù)而浪費的電池能量。一般來講，在設(shè)計移動數(shù)據(jù)收集器的移動路徑時需要考慮兩個問題：一個是由于WSN節(jié)點的容量受限制，數(shù)據(jù)在節(jié)點的存儲模塊上可能發(fā)生溢出現(xiàn)象；二是需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)可能具有時效性。在本文中，我們在考慮了上述兩個問題后，為了延長傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間，設(shè)計了一個啟發(fā)式的移動數(shù)據(jù)收集器移動路線的算法。
　　很明顯的是，如果移動數(shù)據(jù)收集器的移動路線保

4、持不變，那么臨近該路線的傳感器節(jié)點會迅速消耗能量最終導致整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)“斷開”。我們認為，影響整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間的重要因素之一是單個節(jié)點的剩余能量。考慮到這一點，我們提出了一個迭代式方案，該方案在每輪數(shù)據(jù)收集之前會重新計算移動路徑，它包含四個步驟，這四個步驟都是以剩余能量為依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化。對于每輪數(shù)據(jù)收集過程，首先譜聚類算法迭代式地把整個網(wǎng)絡(luò)分割成簇；然后依據(jù)單個傳感器節(jié)點剩余能量的大小來確定每一個子簇內(nèi)簇頭節(jié)點。該簇頭節(jié)點作

5、為子簇內(nèi)其他成員節(jié)點的數(shù)據(jù)匯合點，等待交付給經(jīng)過的移動數(shù)據(jù)收集器；第三步在每個子簇內(nèi)構(gòu)造了一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平衡樹，定義了每個非簇頭節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑；最后，定義了一條移動數(shù)據(jù)收集器的移動路徑。在這個方案下，每輪移動數(shù)據(jù)收集器的移動路徑都是不同的，就可以顯著地提高WSN的生存時間。
　　我們對此方案進行了仿真實驗?zāi)M，并和傳統(tǒng)的兩個數(shù)據(jù)收集算法進行了對比。仿真結(jié)果顯示我們的方法比現(xiàn)有的方案對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間有較大的提高。