無線傳感器網絡分簇式數據收集機制研究與性能分析.pdf

1、無線傳感器網絡是由大量傳感器節(jié)點組成的一個多跳的、自組織的網絡系統(tǒng)。傳感器節(jié)點協(xié)作地感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中監(jiān)測對象的信息，并把這些信息發(fā)送給遠程用戶，實現(xiàn)了數據的采集、處理和傳輸三種功能。數據收集技術作為無線傳感器網絡的一項基本技術，是目前無線傳感網中的研究熱點。能否有效地采集到合適的數據直接關系到應用的效果。
　　在傳統(tǒng)的數據收集方式如基線傳輸中，節(jié)點負載不均衡，靠近匯聚節(jié)點sink的傳感器節(jié)點需要傳輸更多的數據包，網絡

2、生存周期會因局部節(jié)點負載過重而大大縮短。本文針對如何優(yōu)化無線傳感器網絡的數據收集性能提出兩個數據傳輸模型，分別用來提高網絡傳輸的容量、降低網絡的時延，以及減少網絡傳輸次數、降低網絡節(jié)點的能量消耗，最后利用PEPA對無線傳感器網絡的數據收集進行建模描述并分析傳輸性能，從而達到優(yōu)化數據傳輸的目的:
　　首先，本文提出了一種基于網格劃分的分簇式數據收集模型。在由n個傳感器節(jié)點和一個sink節(jié)點組成的傳感器網絡中，分析了這種模型的三個傳輸

3、階段，對網絡的容量和時延做定量分析，得到容量及時延公式。改進的數據收集方式在確定好網格劃分時，頭節(jié)點接收到成員節(jié)點的數據后經過壓縮感知將數據融合，并發(fā)送給鄰居頭結點，頭節(jié)點收集到網格內成員節(jié)點數據后沿著生成的路由路徑將數據發(fā)送給sink節(jié)點。與傳統(tǒng)的數據收集方法比較，可以有效提高網絡的容量，降低網絡的時延。并且由于采用壓縮感知技術，每個節(jié)點的負載得到了均衡。局部節(jié)點不會因負載過重而失去效用，網絡的生命周期因此得到了延長。
　　其次

4、，針對如何節(jié)省傳感器節(jié)點的能量消耗，提出一種分簇式網絡中基于壓縮感知(CS-C)的數據收集模型。減少節(jié)點數據傳輸次數是有效地節(jié)省節(jié)點能量消耗的一種途徑。利用壓縮感知技術，每個節(jié)點都需要發(fā)送若干個觀測值給sink節(jié)點。對于大規(guī)模的WSN來說，由于傳感器節(jié)點的數目非常多，網絡的總傳輸次數相應的也很大。在分簇式網絡中，簇內節(jié)點通過多跳的方式發(fā)送數據給簇頭節(jié)點;簇頭節(jié)點收到簇內成員節(jié)點的信息后，運用壓縮感知的方法，將數據發(fā)送給鄰居簇頭節(jié)點，最終

5、發(fā)送給sink節(jié)點。簇的大小決定了簇內的傳輸次數，簇的個數決定了簇間的傳輸次數。在CS-C數據收集模型中，聯(lián)合多跳傳輸和壓縮感知的優(yōu)點，在均衡網絡負載的同時，降低節(jié)點的能量消耗。本文對傳輸次數與簇的大小的關系進行了分析，推導出最優(yōu)簇大小的公式，通過確定分簇的大小，使得網絡總傳輸次數減少，并給出了分簇算法。
　　最后利用性能評估進程代數(PEPA)的方法來分析分簇式無線傳感器網絡的性能。分簇式網絡中，將各個簇看成整個網絡系統(tǒng)的子系統(tǒng)