延遲容忍無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集技術(shù)及其研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，它被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，已經(jīng)成為近年來(lái)學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。 數(shù)據(jù)收集是大多數(shù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基本功能。目前通用的數(shù)據(jù)信息收集方法是通過(guò)在一定的地理范圍內(nèi)放置大量的體積小、價(jià)格低廉、電池能量低以及功率低的傳感器節(jié)點(diǎn)以形成一個(gè)相互連通的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作，將測(cè)量的環(huán)境參數(shù)或者收集的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚點(diǎn)(Sink)進(jìn)行處理。然而在實(shí)際環(huán)境中

2、情況并非如此，傳感器節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)部署，傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍通常較小，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量較低以及傳感器節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)等情況都可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生分割。因此網(wǎng)絡(luò)可能并非總是全連通的，網(wǎng)絡(luò)的連通性可能隨著時(shí)間而變化，此特點(diǎn)稱(chēng)之為間斷連通性(intermittentconnectivity)。間斷連通性是延遲容忍網(wǎng)絡(luò)DTN[1](DelayTolerantNetwork)的主要特點(diǎn)，而具有間斷連通性的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)則稱(chēng)為延遲容忍無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)DTSN1

3、(DelayTolerantSensorNetwork)。如果DTSN中傳感器節(jié)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的，這種延遲容忍無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)則被稱(chēng)為延遲容忍移動(dòng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)DTMSN[2](DelayTolerantMobileSensorNetworks)。 由于DTSN的間斷連通特性，傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集技術(shù)在DTSN中并不適用。為此，本文在對(duì)DTSN的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行全面的分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，根據(jù)DTSN的特性，深入細(xì)致的研究了DT

4、SN的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集技術(shù)，主要探討了以下問(wèn)題：1)在DTMSN的間斷連通環(huán)境中，如何把傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)盡量匯集到匯聚點(diǎn)?2)在DTSN網(wǎng)絡(luò)中，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的分類(lèi)傳輸?即如何根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息的種類(lèi)，把它們分別傳送給各自感興趣的訂閱者?3)如何以較低的能量開(kāi)銷(xiāo)和較高的數(shù)據(jù)傳輸成功率實(shí)現(xiàn)DTMSN環(huán)境下的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分類(lèi)傳輸和處理?并取得了如下創(chuàng)新性研究成果： 1．提出了一種基于選擇復(fù)制的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸策略SRAD(Selecti

5、veReplication-basedAdaptiveDataDeliveryScheme)。其基本思想是把數(shù)據(jù)消息動(dòng)態(tài)的復(fù)制給更有可能與匯聚點(diǎn)通信的傳感器節(jié)點(diǎn)以達(dá)到盡量增大傳輸成功率和降低傳輸能耗的目的。SRAD由數(shù)據(jù)傳輸和隊(duì)列管理兩個(gè)主要部分組成。前者首先通過(guò)RandomWaypoint隨機(jī)運(yùn)動(dòng)模型[3]計(jì)算出不同時(shí)刻各傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸概率，即傳感器節(jié)點(diǎn)把消息傳遞給匯聚點(diǎn)的可能性，而后根據(jù)此傳輸概率的大小選擇下一跳節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)消息

6、的復(fù)制傳輸。隊(duì)列管理則利用消息的生存時(shí)間ST值(SurvivalTime)決定隊(duì)列中消息的重要程度和丟棄原則。仿真分析和實(shí)驗(yàn)表明，與現(xiàn)有的幾種DTMSN數(shù)據(jù)傳輸策略相比，SRAD的網(wǎng)絡(luò)壽命相對(duì)較長(zhǎng)，且它能以較低的數(shù)據(jù)傳輸能耗和傳輸延遲獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸成功率。 2．給出了DTSN中面向團(tuán)體(community)的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)模型，把網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的團(tuán)體，并提出了一種基于團(tuán)體的DTSN網(wǎng)絡(luò)發(fā)布/訂閱系統(tǒng)(p

7、ublish/subscribe，簡(jiǎn)稱(chēng)pub/sub)事件傳輸協(xié)議CET(Community-basedEventTransmittingprotocol)。CET由事件傳輸和隊(duì)列管理兩部分組成，在事件傳輸策略中，我們除了盡量把事件傳遞給移動(dòng)訂閱者之外，還將移動(dòng)訂閱者保存的某些事件回傳給團(tuán)體內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)以提高事件的傳輸成功率。隊(duì)列管理則根據(jù)事件的成功傳輸次數(shù)和生存時(shí)間來(lái)共同決定存儲(chǔ)隊(duì)列中事件的重要程度和丟棄原則，以降低網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗。仿

8、真分析表明，與直接收集DG(DirectGathering)相比，CET有效平衡了傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗和網(wǎng)絡(luò)的事件傳輸成功率，即CET能以較低的事件傳輸能耗和傳輸延遲獲得較高的事件傳輸成功率。 3．提出了DTMSN中基于人與人通信的動(dòng)態(tài)發(fā)布/訂閱系統(tǒng)通信協(xié)議GAPC(Group-basedAdaptivePublish/subscribeCommunicationProtocol)。GAPC的核心思想是根據(jù)人們的相遇次數(shù)和相遇時(shí)

9、間特征把監(jiān)測(cè)區(qū)域的人分為若干個(gè)社團(tuán)(Group)，并在每個(gè)社團(tuán)中選舉一個(gè)能量最大的傳感器節(jié)點(diǎn)擔(dān)當(dāng)本社團(tuán)的頭節(jié)點(diǎn)，之后基于社團(tuán)進(jìn)行發(fā)布/訂閱通信。GAPC協(xié)議由事件傳輸和隊(duì)列管理兩部分組成，事件傳輸策略中，除了社團(tuán)中傳感器節(jié)點(diǎn)保存的事件盡量傳輸給訂閱者外，每當(dāng)移動(dòng)訂閱者和它所在社團(tuán)外的傳感器節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)，訂閱者存儲(chǔ)隊(duì)列中滿(mǎn)足某些條件的事件還要傳輸給這些傳感器節(jié)點(diǎn)以提高事件的傳輸成功率。并且為了防止事件泛洪，還規(guī)定了這些事件回傳的最大次數(shù)。隊(duì)