大规模无线传感器网络的移动数据收集机制研究

• 作 者: 付磊
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 无线传感器网络 移动 数据收集 能量平衡

随着无线通信、低功耗和纳米技术的创新，无线传感器网络得到了长足的发展，在军事、科研、民生等领域受到了广泛的关注。无线传感器网络是面向数据的网络，近几年的研究表明，移动数据收集装置的采用，可以极大的优化网络的数据收集工作。为了解决无线传感器网络移动数据收集中的节点能耗平衡和能耗降低问题，本文提出了一种基于移动汇聚节点的多轨道无线传感器网络数据收集机制。通过能量平衡的移动数据收集算法和冗余节点融合策略能够使网络低能耗、高能量平衡的性能得到充分的体现。首先，根据网络地理拓扑结构，提出了分扇的多层数据收集网络模型。结合用户需要和数据传输理论对网络模型建模分析，并对模型进行参数限制以匹配实际应用。其次，提出了基于节点数据传输量和数据传输单位时间能耗的节点数据收集能耗模型；根据节点能耗模型和能耗参数限制，确定了汇聚节点的移动参数；通过线性规划的方法导出了移动汇聚节点的多轨道数据收集路径，给出了具体算法。根据汇聚节点多轨道的运行特性提出匹配的数据传输方案，该方案能够建立完整的数据汇集树并保证节点数据上传的最小跳数。通过理论分析验证了数据传输方案的可行性和整体多轨道数据收集机制的能效性。最后，在不降低用户数据收集期望的情况下，提出了一种基于冗余节点融合的数据收集优化方案。根据满足网络覆盖要求的最小节点数目得到覆盖节点基数，由覆盖基数判定冗余度，并根据冗余度把监测区域进一步划分为网格，采用格头节点进行通信；提出了格头节点的选取算法，并证明了方案的可行性。提出了网络初始化的具体方案，主要由移动汇聚节点通过信标信息对节点进行划分；给出了数据收集执行阶段的实施算法。通过仿真分析验证了优化数据收集机制的能量平衡和低能耗的突出性能。