无线传感器网络延迟受限且能耗均衡的数据收集协议研究

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无线传感器网络是一种新兴的感知和处理信息技术,具有巨大的研究应用价值。数据收集是无线传感器网络最基础的功能之一,其作用是利用传感器节点获取信息,由Sink节点对信息进行汇总并发给终端用户。然而传感器节点能量十分有限,严重制约着网络的生存时间。另外,数量庞大的传感器节点也带来了数据收集延迟问题。因此,为了保证节点能够长期高效工作以及能及时传送数据,必须有效地减少能耗和延迟。本文旨在设计出既能满足延迟要求又能最大化网络生命周期的数据收集协议。本文深入分析了数据收集中关于能耗和延迟的难点问题,并结合两种不同的网络场景,研究了非汇聚的数据收集协议。文中所采用的网络场景主要包括:1) Sink固定的静态无线传感器网络;2)Sink移动的动态无线传感器网络。(1)在Sink固定的静态网络场景中,本文提出了一个最大化生命的实时数据收集协议DCLB。DCLB首先采用能量管理强的树形结构来建立节点的关系,构造了一棵最短路径树。然后不断优化此树,降低负载大节点的孩子数量。DCLB在优化过程中联合考虑了数据收集延迟和节点能耗。实验结果表明DCLB能有效地减少延迟同时延长网络生存时间。(2)在Sink移动的动态网络场景中,本文主要研究基于采集节点的数据收集模式,提出了一个高效的数据收集协议DRPS。DRPS首先构造一棵最短路径树,接着采用DCLB算法优化该树,得到一颗负载均衡树。然后选取树上满足限定路径长度的权值大的节点作为采集节点。最后Sink从当前位置出发,遍历所有的采集节点后返回到初始位置,完成一次数据收集。实验结果表明DRPS能在保证延迟的情况下降低网络能耗。
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