無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高能效數(shù)據(jù)收集協(xié)議的研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有一定感知能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的分布式感知系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)包括：網(wǎng)絡(luò)定位和覆蓋、能量高效路由協(xié)議、數(shù)據(jù)融合和拓?fù)涔芾砑夹g(shù)等。其中數(shù)據(jù)收集協(xié)議的設(shè)計(jì)貫穿了上述熱點(diǎn)的研究過(guò)程，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中必需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
　　 數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究的是如何通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)從監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)⑿畔⒂酶咝У姆绞絺魉椭撂幚碇行?。鑒于傳感器節(jié)點(diǎn)的能量資源有限，因此數(shù)據(jù)收集協(xié)議在保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)

2、確性的條件下，應(yīng)該滿足低能耗的要求。論文以國(guó)家“十一·五”863項(xiàng)目--“基于智能無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的典型危害農(nóng)作物動(dòng)物聲防數(shù)字化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及其關(guān)鍵技術(shù)研究”為項(xiàng)目背景，研究高能效數(shù)據(jù)收集協(xié)議，以高效準(zhǔn)確傳送信息和最大化網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)間為目標(biāo)，主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　　 1．針對(duì)大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在分析現(xiàn)有的一些分簇協(xié)議的基礎(chǔ)之上，給出一種基于節(jié)點(diǎn)ID的平衡分簇算法(IDBCA)，該算法不僅能對(duì)網(wǎng)絡(luò)快速分簇，而且能獲得合理的

3、分簇結(jié)構(gòu)。提出以節(jié)點(diǎn)能量為主要競(jìng)爭(zhēng)參數(shù)的分簇算法(ECA)。ECA算法與傳統(tǒng)的分簇算法相比，具有簇頭分布合理，穩(wěn)定性好，能有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期的優(yōu)點(diǎn)。
　　 2．針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密度高，冗余數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，為了降低簇內(nèi)數(shù)據(jù)收集能耗和無(wú)線通信的信道干擾，研究了分簇情況下的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法。首先，在理論上推導(dǎo)了簇內(nèi)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算方法；然后，給出了如何確定具體工作節(jié)點(diǎn)的算法。
　　 3．針對(duì)事件驅(qū)動(dòng)型傳感器網(wǎng)絡(luò)中高能效

4、收集數(shù)據(jù)的需要，提出一種基于分簇的多路徑數(shù)據(jù)收集協(xié)議(CBMDGP)，該協(xié)議綜合了分簇協(xié)議和多路徑傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)。首先，位于事件區(qū)域的節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)的分布情況和自身的剩余能量進(jìn)行簇首競(jìng)爭(zhēng)，由于位于事件區(qū)域外的節(jié)點(diǎn)不參與簇首競(jìng)爭(zhēng)，所以能降低成簇階段網(wǎng)絡(luò)的能耗；然后，利用蟻群算法(ACA)并行搜索從簇首節(jié)點(diǎn)至匯聚節(jié)點(diǎn)的多條傳輸路徑，并動(dòng)態(tài)地選擇一條路徑傳輸數(shù)據(jù)。因?yàn)橄伻核惴▽ぢ愤^(guò)程中綜合考慮了路徑長(zhǎng)度、能耗等因素，因此能有效地均衡網(wǎng)絡(luò)的能

5、耗。此外，CBMDGP協(xié)議還給出一種基于支持度的加權(quán)融合算法，該算法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)融合含義清晰的特點(diǎn)，適合在能量受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用。
　　 4．針對(duì)具體的項(xiàng)目背景，根據(jù)無(wú)線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于JN5148模塊的智能聲防系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中高能效收集數(shù)據(jù)及對(duì)目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，提出了一種基于簇的數(shù)據(jù)收集協(xié)議(CDGP)。首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，給出一種滿足覆蓋要求的執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)數(shù)確定方法；然后根據(jù)持續(xù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的