剩余能量感知的無線傳感網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集機(jī)制研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)是科技和生活的結(jié)晶。在物聯(lián)網(wǎng)生活中，各種智能設(shè)備已經(jīng)成為了應(yīng)用的主角，其中之一便有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它受到的關(guān)注度越來越高，被廣泛使用在生活、環(huán)保、軍事等活動(dòng)中。通常，無線傳感器可以部署在人類難以或無法到達(dá)的地方進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)，節(jié)省了大量的人力物力，也防止了一些意外事故的發(fā)生。加之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成本低、維護(hù)容易，到現(xiàn)在為止已經(jīng)得到了世界范圍內(nèi)的認(rèn)可。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱為WSN，通常由數(shù)量眾多并且能量和處理能力都有限的無

2、線傳感器組成。傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作完成既定的任務(wù)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的能量有限，因此如何延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間就成為無線傳感網(wǎng)能否普遍使用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。而要延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，最直觀的方法就是節(jié)省每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗。傳統(tǒng)的方法是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇，以簇頭節(jié)點(diǎn)的高能耗來換取成員節(jié)點(diǎn)的高生存率。然而這種分簇形式的WSN的生存時(shí)間并不理想。
　　為了達(dá)到節(jié)能的目的，我們引入了移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器這一裝置。我們假設(shè)所有的WSN節(jié)點(diǎn)一經(jīng)部署就保持位置

3、靜止不動(dòng)，一個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器在整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中漫游，來減少傳感器之間為了轉(zhuǎn)交數(shù)據(jù)而浪費(fèi)的電池能量。一般來講，在設(shè)計(jì)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的移動(dòng)路徑時(shí)需要考慮兩個(gè)問題：一個(gè)是由于WSN節(jié)點(diǎn)的容量受限制，數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)模塊上可能發(fā)生溢出現(xiàn)象；二是需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)可能具有時(shí)效性。在本文中，我們?cè)诳紤]了上述兩個(gè)問題后，為了延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，設(shè)計(jì)了一個(gè)啟發(fā)式的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器移動(dòng)路線的算法。
　　很明顯的是，如果移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的移動(dòng)路線保

4、持不變，那么臨近該路線的傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)迅速消耗能量最終導(dǎo)致整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)“斷開”。我們認(rèn)為，影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間的重要因素之一是單個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量?？紤]到這一點(diǎn)，我們提出了一個(gè)迭代式方案，該方案在每輪數(shù)據(jù)收集之前會(huì)重新計(jì)算移動(dòng)路徑，它包含四個(gè)步驟，這四個(gè)步驟都是以剩余能量為依據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于每輪數(shù)據(jù)收集過程，首先譜聚類算法迭代式地把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割成簇；然后依據(jù)單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)剩余能量的大小來確定每一個(gè)子簇內(nèi)簇頭節(jié)點(diǎn)。該簇頭節(jié)點(diǎn)作

5、為子簇內(nèi)其他成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯合點(diǎn)，等待交付給經(jīng)過的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器；第三步在每個(gè)子簇內(nèi)構(gòu)造了一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平衡樹，定義了每個(gè)非簇頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑；最后，定義了一條移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的移動(dòng)路徑。在這個(gè)方案下，每輪移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的移動(dòng)路徑都是不同的，就可以顯著地提高WSN的生存時(shí)間。
　　我們對(duì)此方案進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M，并和傳統(tǒng)的兩個(gè)數(shù)據(jù)收集算法進(jìn)行了對(duì)比。仿真結(jié)果顯示我們的方法比現(xiàn)有的方案對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間有較大的提高。