無線傳感網(wǎng)中低能耗數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor network，簡(jiǎn)稱WSN)是當(dāng)前信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。在WSN中，節(jié)點(diǎn)具有通信和計(jì)算能力弱、存儲(chǔ)空間有限、能量有限等特點(diǎn)，而且數(shù)量龐大。此外，由于WSN通常部署在環(huán)境惡劣或人類很難進(jìn)入的環(huán)境，因此很難對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更換。而數(shù)據(jù)收集足WSN中最重要的操作之一，其作用是將節(jié)點(diǎn)感知的數(shù)據(jù)傳送到Sink節(jié)點(diǎn)，使用戶可以進(jìn)行分析和處理。
　　 在數(shù)據(jù)收集過程中，為了使節(jié)點(diǎn)可

2、以長(zhǎng)時(shí)間工作，必須有效地降低節(jié)點(diǎn)的能耗以保存其能量。本文旨在尋找能有效降低節(jié)點(diǎn)能耗、降低網(wǎng)絡(luò)延遲、提高網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性和可擴(kuò)展性的方法，主要研究工作包括：
　　 (1)在基于樹的無匯聚數(shù)據(jù)收集中，首先證明構(gòu)造一棵節(jié)點(diǎn)能均衡地消耗能量的數(shù)據(jù)收集樹是NP完全的，然后提出一種基于樹的無匯聚數(shù)據(jù)收集算法MITT。該算法利用了圖論中著色的思想，通過平衡不同能量節(jié)點(diǎn)的子孫數(shù)量來均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗，它的近似率被證明為Ω(logn/loglogn)，

3、其中n是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，與目前最好的算法相比，算法MITT在不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中均能有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　 (2)在基于樹的完全匯聚數(shù)據(jù)收集中，構(gòu)造一棵延遲保證且節(jié)點(diǎn)能均衡地消耗能量的數(shù)據(jù)收集樹足屬于NP完全的問題。基于樹的性質(zhì)：在樹中加入一條邊可以使邊上端點(diǎn)的度增加1并且形成一個(gè)圈，而從圈上刪除一條邊則使邊上端點(diǎn)的度減少1并打破圈；本文提出了一種基于樹的數(shù)據(jù)收集算法MILD，在限定樹高的條件下，通過平衡不同能

4、量節(jié)點(diǎn)的度來均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗，它的近似率被證明為Q(logn)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，與目前最好的算法相比，在同樣延遲保證的條件下，算法MITT能在不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中更有效地均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗。
　　 (3)在無法固定部署Sink節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點(diǎn)為了避免自己死亡后數(shù)據(jù)丟失，需要將數(shù)據(jù)分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中其他一部分節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行存儲(chǔ)。不需要地理信息和網(wǎng)絡(luò)中全局信息的支持，本文提出一個(gè)基于LT碼的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集協(xié)議LTSIDP。該協(xié)議通過一種基于串音(

5、Overhearing)的不等概率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制分發(fā)數(shù)據(jù)，并使節(jié)點(diǎn)根據(jù)LT碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，具有較高的可擴(kuò)展性。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，與目前最好的協(xié)議相比，LTSIDP能有效降低節(jié)點(diǎn)的能量耗費(fèi)。此外，它還能使移動(dòng)Sink進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后只需要訪問更少的節(jié)點(diǎn)就獲得所有的源數(shù)據(jù)。
　　 (4)對(duì)于需要廣播進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集，在分析網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)分布和通信模式對(duì)節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)包概率的影響的基礎(chǔ)上，本文提出了一種具有最小數(shù)據(jù)分發(fā)延遲的自適應(yīng)概率