基于事件驅(qū)動(dòng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)作為一種新興的傳感手段,緊密地將客觀的物理世界與虛擬的信息世界結(jié)合在一起,極大地拓展了人們信息獲取的能力。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)現(xiàn)依賴于傳感數(shù)據(jù)的收集,即傳感器節(jié)點(diǎn)(SensorNode)將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink)的過(guò)程。因此,基于應(yīng)用需求設(shè)計(jì)能量高效的數(shù)據(jù)收集協(xié)議一直是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　本文在剖析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要特征及

2、其數(shù)據(jù)收集問(wèn)題難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景,研究了基于事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)收集問(wèn)題。本文中所述的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景主要包括:1)具有多數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò);2)具有移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)以上各網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景具有的特性,本文所進(jìn)行的研究工作及主要貢獻(xiàn)如下:
　　1)在具有多數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中,本文首先利用傳感數(shù)據(jù)間的空間相關(guān)性,在滿足事件信息重構(gòu)完整性和準(zhǔn)確性要求的前提下,選擇部分傳感器節(jié)點(diǎn)作為傳輸代表將感知到的事件數(shù)據(jù)傳輸至合

3、適的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)。文中將代表節(jié)點(diǎn)的選擇過(guò)程和目標(biāo)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的選擇過(guò)程綜合建模為二值線性整數(shù)規(guī)劃(BinaryIntegerLinearProgramming)問(wèn)題,以此優(yōu)化數(shù)據(jù)收集過(guò)程的能量效率。但是,由于此二值線性整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題被證明為NP-Complete問(wèn)題,文中設(shè)計(jì)了關(guān)聯(lián)度優(yōu)先和距離優(yōu)先兩種啟發(fā)式算法用于求取此問(wèn)題的近似解。以上所述策略將傳感器網(wǎng)絡(luò)中空間相關(guān)數(shù)據(jù)的收集問(wèn)題拓展至多數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景,在不損害所收集事件數(shù)據(jù)質(zhì)量的前

4、提下,合理地分?jǐn)偭司W(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載,并在很大程度上減少了參與數(shù)據(jù)收集過(guò)程的節(jié)點(diǎn)數(shù)量,從而提升了數(shù)據(jù)收集過(guò)程的能量效率。
　　2)在具有移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中,本論文關(guān)注于建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)間通信的問(wèn)題,以此為后續(xù)的事件數(shù)據(jù)傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。首先,本文在事件驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)景下對(duì)各典型位置服務(wù)算法進(jìn)行了性能分析,從能量效率的角度評(píng)價(jià)各算法對(duì)事件驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景的適用性。根據(jù)以上分析,我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有協(xié)議算法尚不能很好適用于事件驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)景。之

5、后,針對(duì)已有算法存在的缺陷,本文在拓展圓環(huán)搜索(ExpandingRingSearch)算法的基礎(chǔ)上,提出基于足跡搜索(Trail-based Search,簡(jiǎn)稱T S)的策略。通過(guò)利用數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中留下的“足跡”信息,TS策略能夠成功建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信通道,并且極大地提升了搜索過(guò)程的效率,降低了此過(guò)程的能量消耗。根據(jù)TS策略產(chǎn)生足跡并以此形成軌跡的機(jī)制,本文進(jìn)一步分析了軌跡所具有的特性,包括軌跡的連續(xù)性,軌