基于增量碼的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集協(xié)議研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為最為核心的基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣泛，其中，它在比較惡劣或特殊環(huán)境中進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作的作用是無(wú)可替代的。感知數(shù)據(jù)的收集是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最主要的任務(wù)和功能。但是，監(jiān)測(cè)環(huán)境的惡劣性將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生不可預(yù)知的故障，從而嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可用性和完整性，影響了數(shù)據(jù)收集工作。因此，如何提高監(jiān)測(cè)環(huán)境中大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可靠收集效率是一項(xiàng)非常有價(jià)值和挑戰(zhàn)性的研究。
　　自網(wǎng)絡(luò)編碼的提出后，研究學(xué)

2、者已經(jīng)相繼提出了多種不同特性的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來(lái)解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)有效收集問(wèn)題。其中最具代表性的是Kamra等人提出的增量碼（Growth Codes）編碼技術(shù)及相關(guān)的后續(xù)研究工作。Growth Codes數(shù)據(jù)收集協(xié)議很好地提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的持久性，并提高了災(zāi)難場(chǎng)景中數(shù)據(jù)可靠收集的效率。然而，Growth Codes數(shù)據(jù)收集協(xié)議仍然存在很多問(wèn)題導(dǎo)致較低的數(shù)據(jù)收集效率，例如：(1)協(xié)議采用完全隨機(jī)的數(shù)據(jù)交換和備份方式會(huì)導(dǎo)致離匯聚節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)的

3、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)越難被回收，特別是監(jiān)測(cè)區(qū)域邊緣的數(shù)據(jù)；(2)協(xié)議的數(shù)據(jù)交換和備份方式還會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分布的不均勻性問(wèn)題，特別在稀疏型網(wǎng)絡(luò)中更為嚴(yán)重；(3)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性決定了無(wú)線通信的不穩(wěn)定性，因此數(shù)據(jù)傳輸鏈路質(zhì)量也是必須考慮的因素之一，而 Growth Codes數(shù)據(jù)收集協(xié)議的設(shè)計(jì)并未考慮鏈路故障的影響。
　　本文在 Growth Codes編碼技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，主要針對(duì)上述幾個(gè)問(wèn)題做了如下研究工作：
　　(1)針對(duì)上述第一

4、個(gè)問(wèn)題，本文汲取了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，提出了節(jié)點(diǎn)分級(jí)策略，并設(shè)計(jì)了一類基于節(jié)點(diǎn)分級(jí)策略的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)收集協(xié)議。協(xié)議賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)一些輕量的網(wǎng)絡(luò)路由信息和選取數(shù)據(jù)交換對(duì)象采用的概率函數(shù)，提高了邊緣節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)被匯聚節(jié)點(diǎn)回收的概率，降低了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)延遲，提高了數(shù)據(jù)收集的效率。隨后，我們從概率論角度對(duì)協(xié)議中所采用的概率函數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　(2)針對(duì)稀疏型網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)分布不均勻問(wèn)題，本文從傳感器節(jié)點(diǎn)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一類基于

5、多編碼源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收集協(xié)議，通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)編碼時(shí)所使用的源數(shù)據(jù)，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域的數(shù)據(jù)較均勻地傳輸備份到網(wǎng)絡(luò)其他區(qū)域中，從而提高了稀疏型網(wǎng)絡(luò)在不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)收集效率。
　　(3)針對(duì)第三個(gè)問(wèn)題，本文研究分析了鏈路故障在協(xié)議中對(duì)數(shù)據(jù)收集工作的影響。為了緩解鏈路故障對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和備份的影響，使各節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)能夠充分備份到網(wǎng)絡(luò)中，本文提出了一種雙路備份數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，并將其應(yīng)用于 Growth Codes數(shù)據(jù)收集協(xié)議中，提高了災(zāi)難場(chǎng)景中