基于移動Sink的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集技術(shù)研究.pdf

1、在近十年中，各國的科研人員從未停止對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，許多相關(guān)的研究成果也被出版。傳感器節(jié)點是在有限的電池能量下工作的并且一旦被部署后不能再重新改變其位置，因此在相關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計時必須確保該算法是能量有效的。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，Sink被放置在監(jiān)測區(qū)域中心或者某個特定的位置，節(jié)點被部署后靜止不動并以多跳路由方式與Sink通信。在這種數(shù)據(jù)收集模型下，靠近Sink的節(jié)點相比其他節(jié)點而言需要轉(zhuǎn)發(fā)更多的數(shù)據(jù)，因而容易能量耗盡死亡，產(chǎn)生“

2、能量空洞”，這嚴重影響網(wǎng)絡(luò)壽命。通過引入移動Sink在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)移動并進行數(shù)據(jù)采集，可以減少長距離的數(shù)據(jù)傳輸給中繼節(jié)點帶來的負擔，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。本文主要研究基于移動Sink的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集技術(shù)，并分別從網(wǎng)絡(luò)能耗均衡與網(wǎng)絡(luò)時延受限這兩個方面設(shè)計相關(guān)算法。
　　隨著移動Sink的引入，也帶來了新的問題。Sink直接移動到傳感器節(jié)點所在位置收集數(shù)據(jù)，這使得網(wǎng)絡(luò)時延較傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言更大;另一方面，移動Sink的移動能耗遠遠

3、大于靜態(tài)節(jié)點的能耗，而在很多文獻中，移動Sink的能耗被假設(shè)為無窮大，這顯然是不符合實際情況的。為解決上述問題，本文提出能耗均衡路徑規(guī)劃算法(EBPP)。該算法包括3個步驟:1）采用LEACH算法和蟻群算法分別對網(wǎng)絡(luò)進行分簇和駐留點的初始化;2）提出路徑優(yōu)化函數(shù)(IP)通過采用構(gòu)建內(nèi)圈、優(yōu)化凹頂點與凸頂點、查找捷徑以及合并冗余替代點等方法獲得最終的駐留點集合;3）根據(jù)第1步中駐留點的訪問順序得到遍歷該駐留點集合內(nèi)所有節(jié)點的最短TSP路徑

4、，即為Sink的移動路徑。為驗證EBPP算法的有效性，本文以LEACH-TSP算法為例，在MATLAB平臺上將仿真比較了通過EBPP算法改進后的網(wǎng)絡(luò)壽命與原LEACH-TSP算法下的網(wǎng)絡(luò)壽命，其中，在能耗模型中考慮移動Sink能耗。仿真實驗證明，EBPP算法改進后的網(wǎng)絡(luò)壽命長于原LEACH-TSP算法下的網(wǎng)絡(luò)壽命，另外，網(wǎng)絡(luò)時延也得到了有效縮短。
　　對于某些延遲敏感的應(yīng)用，所有感知數(shù)據(jù)需要在規(guī)定時間內(nèi)提交。WRP算法通過一種基于

5、權(quán)值的駐留點選擇策略將移動Sink的巡游路徑控制在一個閾值范圍內(nèi)。在此算法中，移動Sink需要移動到駐留點的位置進行數(shù)據(jù)采集，對此，我們基于第一部分的研究提出了一種基于權(quán)值的移動sink路徑選擇策略改進算法(IWRP)。在此改進算法中，移動Sink只需移動到每個駐留點的通信半徑內(nèi)即可進行數(shù)據(jù)采集，通過這種方式，在給定的網(wǎng)絡(luò)最大時延下，更多的節(jié)點能夠被選舉為駐留點，相應(yīng)地減少了每個駐留點的子節(jié)點數(shù)從而降低了每個駐留點的負載。仿真實驗證明，