基于事件驅(qū)動(dòng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)作為一種新興的傳感手段,緊密地將客觀的物理世界與虛擬的信息世界結(jié)合在一起,極大地拓展了人們信息獲取的能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)現(xiàn)依賴于傳感數(shù)據(jù)的收集,即傳感器節(jié)點(diǎn)(SensorNode)將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink)的過程。因此,基于應(yīng)用需求設(shè)計(jì)能量高效的數(shù)據(jù)收集協(xié)議一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
　　本文在剖析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要特征及

2、其數(shù)據(jù)收集問題難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)場景,研究了基于事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)收集問題。本文中所述的網(wǎng)絡(luò)場景主要包括:1)具有多數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò);2)具有移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。針對以上各網(wǎng)絡(luò)場景具有的特性,本文所進(jìn)行的研究工作及主要貢獻(xiàn)如下:
　　1)在具有多數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)場景中,本文首先利用傳感數(shù)據(jù)間的空間相關(guān)性,在滿足事件信息重構(gòu)完整性和準(zhǔn)確性要求的前提下,選擇部分傳感器節(jié)點(diǎn)作為傳輸代表將感知到的事件數(shù)據(jù)傳輸至合

3、適的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)。文中將代表節(jié)點(diǎn)的選擇過程和目標(biāo)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的選擇過程綜合建模為二值線性整數(shù)規(guī)劃(BinaryIntegerLinearProgramming)問題,以此優(yōu)化數(shù)據(jù)收集過程的能量效率。但是,由于此二值線性整數(shù)規(guī)劃問題被證明為NP-Complete問題,文中設(shè)計(jì)了關(guān)聯(lián)度優(yōu)先和距離優(yōu)先兩種啟發(fā)式算法用于求取此問題的近似解。以上所述策略將傳感器網(wǎng)絡(luò)中空間相關(guān)數(shù)據(jù)的收集問題拓展至多數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的場景,在不損害所收集事件數(shù)據(jù)質(zhì)量的前

4、提下,合理地分?jǐn)偭司W(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載,并在很大程度上減少了參與數(shù)據(jù)收集過程的節(jié)點(diǎn)數(shù)量,從而提升了數(shù)據(jù)收集過程的能量效率。
　　2)在具有移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)場景中,本論文關(guān)注于建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)間通信的問題,以此為后續(xù)的事件數(shù)據(jù)傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。首先,本文在事件驅(qū)動(dòng)的場景下對各典型位置服務(wù)算法進(jìn)行了性能分析,從能量效率的角度評價(jià)各算法對事件驅(qū)動(dòng)場景的適用性。根據(jù)以上分析,我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有協(xié)議算法尚不能很好適用于事件驅(qū)動(dòng)的場景。之

5、后,針對已有算法存在的缺陷,本文在拓展圓環(huán)搜索(ExpandingRingSearch)算法的基礎(chǔ)上,提出基于足跡搜索(Trail-based Search,簡稱T S)的策略。通過利用數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過程中留下的“足跡”信息,TS策略能夠成功建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信通道,并且極大地提升了搜索過程的效率,降低了此過程的能量消耗。根據(jù)TS策略產(chǎn)生足跡并以此形成軌跡的機(jī)制,本文進(jìn)一步分析了軌跡所具有的特性,包括軌跡的連續(xù)性,軌