基于足迹的无线传感网位置服务算法研究

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在无线传感网中,当有事件信息被传感器检测到时,传感器需要生成一个包含有事件信息的数据包并向传感网中的汇聚节点传输。汇聚节点可以是任何形式的有通信终端的智能设备或人员,当汇聚节点移动时传感器便难以获知其当前位置。如何向移动的汇聚节点进行数据包的传输成为一个具有挑战性的问题。位置服务算法是解决汇聚节点移动性的常用算法,其通过在网络中选取部分传感器作为位置服务节点完成汇聚节点与传感器节点的连接。但是,汇聚节点需要频繁地向位置服务节点更新自身位置信息以使传感器能够获取其最新的位置。在以事件为驱动的网络场景中只有事件发生才会有数据的传输,当事件发生频率较低时,大量汇聚节点的位置更新是没有必要的,从而会造成大量的能耗浪费。为解决位置服务算法中能耗浪费的问题,本文提出一种基于足迹的位置服务算法(Trail-based Location Service,TLS)。该算法的基本思想是汇聚节点在移动过程中可以留下由连续的足迹点构成的一条足迹。当任意一个足迹点被数据包发现,数据包便可以沿着这条足迹到达汇聚节点。TLS通过引入足迹信息,使现有位置服务算法中位置更新的周期得以延长,从而能够减少更新部分的能量消耗。具体而言,本文包括以下研究内容:1、汇聚节点生成的足迹信息是TLS的基础,本文首先设计了低能耗的足迹生成算法以降低引入足迹的能耗代价,并推导了保证足迹连通性的充分条件,使TLS在引入足迹信息后能够保证传输路径的连续性,从而保证传输的成功率。2、TLS分为三个阶段:更新阶段、查询阶段和追逐阶段。在更新阶段,汇聚节点以不同的周期同时进行位置更新以及足迹更新;在查询阶段,源节点生成的数据包向位置服务节点查询,在到达位置服务节点后传输至汇聚节点的一个足迹点;在追逐阶段,数据包沿足迹传输至汇聚节点。理论分析与仿真实验结果显示,TLS通过延长位置更新的周期可以大幅降低位置服务算法的能耗。3、针对事件驱动的传输特性,本文将足迹信息与在事件发生频率低时更加适用的算法,ERS算法结合,设计了基于足迹的搜索算法,通过增加搜索到目标信息的概率减少ERS的搜索尝试次数,从而进一步降低能耗与时延。4、在引入足迹信息后,基于足迹的算法在追逐阶段存在不可忽视的传输冗余度,从而降低了算法的能效性。因此本文设计了消除冗余度的机制,利用汇聚节点的足迹信息使数据包能够自主判断选择每一跳的传输终点,从而消除了传输部分的冗余度,使算法的能耗性能进一步提升。
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