基于低時(shí)延和能量有效的WSN數(shù)據(jù)收集機(jī)制研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)得到廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)收集是無線傳感網(wǎng)絡(luò)最基本的操作之一，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，因此，設(shè)計(jì)性能良好且滿足用戶需求的數(shù)據(jù)收集機(jī)制具有重要意義。一些對時(shí)間敏感的應(yīng)用要求節(jié)點(diǎn)感知的數(shù)據(jù)必須盡快地傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)(sink)，以便對事件進(jìn)行及時(shí)處理，因此，有效利用節(jié)點(diǎn)能量以延長網(wǎng)絡(luò)壽命、減小數(shù)據(jù)收集時(shí)延是數(shù)據(jù)收集機(jī)制的兩個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文主要針對影響數(shù)據(jù)收集時(shí)延的不同因素

2、，對基于低時(shí)延和能量有效的WSN數(shù)據(jù)收集機(jī)制進(jìn)行研究。本文具體研究內(nèi)容包括:
　　首先，本文針對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)收集時(shí)延的影響，在已有的兩種特殊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的低時(shí)延數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多層簇組成，每個(gè)簇頭傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間段是不重疊且連續(xù)的。同時(shí)提出能量均衡的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建算法來構(gòu)建提出的低時(shí)延數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該算法根據(jù)節(jié)點(diǎn)到sink的距離來選擇簇頭，使小規(guī)模簇對應(yīng)的簇頭距sink較遠(yuǎn)，大規(guī)模簇對應(yīng)的簇頭距sink較近

3、，進(jìn)而均衡網(wǎng)絡(luò)所有簇頭能耗。通過仿真表明，當(dāng)數(shù)據(jù)壓縮比率r在[0.5，1]、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在3到100之間變化時(shí)，本文提出的低時(shí)延數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比于已有的兩種特殊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)收集時(shí)延方面具有明顯優(yōu)勢;相比于已有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建算法，本文提出的能量均衡的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建算法在網(wǎng)絡(luò)生存期方面得到改善。
　　其次，本文針對數(shù)據(jù)收集樹的高度對數(shù)據(jù)收集時(shí)延的影響，給出一種改進(jìn)遺傳粒子群優(yōu)化算法來構(gòu)建一棵保證樹高限制且網(wǎng)絡(luò)總能耗最小的數(shù)據(jù)收集樹。

4、該算法通過在遺傳粒子群算法中的初始化粒子階段和突變階段加入樹高受限的約束條件，使得粒子群中的所有粒子滿足數(shù)據(jù)收集樹高度限制。仿真表明，與有樹高約束的DL-DCT算法相比，本文給出的算法在保證樹高限制的前提下，降低7.76％的網(wǎng)絡(luò)總能量消耗。
　　最后，本文針對TDMA鏈路調(diào)度表長度及鏈路調(diào)度順序?qū)?shù)據(jù)收集時(shí)延的影響、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換對節(jié)點(diǎn)能耗的影響，給出一種基于SINR干擾模型的低時(shí)延、高可靠和能量有效的數(shù)據(jù)收集機(jī)制。該機(jī)制分為兩個(gè)步

5、驟:構(gòu)建一棵數(shù)據(jù)收集樹;對該數(shù)據(jù)收集樹上的鏈路進(jìn)行鏈路調(diào)度和功率分配?；谝延械臄?shù)據(jù)收集樹構(gòu)建算法，本文提出一種能量有效的鏈路調(diào)度和功率分配算法。該算法給需要多個(gè)時(shí)隙的鏈路分配連續(xù)時(shí)隙，減小收發(fā)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)，同時(shí)優(yōu)先調(diào)度數(shù)據(jù)量小的鏈路，使每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)前TDMA幀有相應(yīng)的輸出鏈路時(shí)隙來轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)。仿真表明，與已有的數(shù)據(jù)收集機(jī)制相比，本文給出的低時(shí)延、高可靠和能量有效的數(shù)據(jù)收集機(jī)制在改善網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集時(shí)延、節(jié)點(diǎn)平均狀態(tài)轉(zhuǎn)