延遲容忍無線傳感器網絡中的動態(tài)數據收集技術及其研究.pdf

1、無線傳感器網絡在眾多領域有著廣闊的應用前景，它被認為是二十一世紀最重要的技術之一，已經成為近年來學術界的研究熱點。 數據收集是大多數無線傳感器網絡應用的基本功能。目前通用的數據信息收集方法是通過在一定的地理范圍內放置大量的體積小、價格低廉、電池能量低以及功率低的傳感器節(jié)點以形成一個相互連通的無線網狀網絡，其中每個節(jié)點都可以與一個或者多個其他節(jié)點協作，將測量的環(huán)境參數或者收集的數據傳輸給匯聚點(Sink)進行處理。然而在實際環(huán)境中

2、情況并非如此，傳感器節(jié)點的隨機部署，傳感器節(jié)點的通信范圍通常較小，傳感器節(jié)點的能量較低以及傳感器節(jié)點的隨機運動等情況都可能導致網絡產生分割。因此網絡可能并非總是全連通的，網絡的連通性可能隨著時間而變化，此特點稱之為間斷連通性(intermittentconnectivity)。間斷連通性是延遲容忍網絡DTN[1](DelayTolerantNetwork)的主要特點，而具有間斷連通性的無線傳感器網絡則稱為延遲容忍無線傳感器網絡DTSN1

3、(DelayTolerantSensorNetwork)。如果DTSN中傳感器節(jié)點是運動的，這種延遲容忍無線傳感器網絡則被稱為延遲容忍移動無線傳感器網絡DTMSN[2](DelayTolerantMobileSensorNetworks)。 由于DTSN的間斷連通特性，傳統(tǒng)傳感器網絡的數據收集技術在DTSN中并不適用。為此，本文在對DTSN的研究現狀和應用領域進行全面的分析和總結的基礎上，根據DTSN的特性，深入細致的研究了DT

4、SN的動態(tài)數據收集技術，主要探討了以下問題：1)在DTMSN的間斷連通環(huán)境中，如何把傳感器節(jié)點采集的數據盡量匯集到匯聚點?2)在DTSN網絡中，如何進行數據信息的分類傳輸?即如何根據采集到的數據信息的種類，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銷和較高的數據傳輸成功率實現DTMSN環(huán)境下的動態(tài)數據分類傳輸和處理?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制的動態(tài)數據傳輸策略SRAD(Selecti

5、veReplication-basedAdaptiveDataDeliveryScheme)。其基本思想是把數據消息動態(tài)的復制給更有可能與匯聚點通信的傳感器節(jié)點以達到盡量增大傳輸成功率和降低傳輸能耗的目的。SRAD由數據傳輸和隊列管理兩個主要部分組成。前者首先通過RandomWaypoint隨機運動模型[3]計算出不同時刻各傳感器節(jié)點的傳輸概率，即傳感器節(jié)點把消息傳遞給匯聚點的可能性，而后根據此傳輸概率的大小選擇下一跳節(jié)點并進行數據消息

6、的復制傳輸。隊列管理則利用消息的生存時間ST值(SurvivalTime)決定隊列中消息的重要程度和丟棄原則。仿真分析和實驗表明，與現有的幾種DTMSN數據傳輸策略相比，SRAD的網絡壽命相對較長，且它能以較低的數據傳輸能耗和傳輸延遲獲得較高的數據傳輸成功率。 2．給出了DTSN中面向團體(community)的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)模型，把網絡中的傳感器節(jié)點分成若干個相對獨立的團體，并提出了一種基于團體的DTSN網絡發(fā)布/訂閱系統(tǒng)(p

7、ublish/subscribe，簡稱pub/sub)事件傳輸協議CET(Community-basedEventTransmittingprotocol)。CET由事件傳輸和隊列管理兩部分組成，在事件傳輸策略中，我們除了盡量把事件傳遞給移動訂閱者之外，還將移動訂閱者保存的某些事件回傳給團體內的傳感器節(jié)點以提高事件的傳輸成功率。隊列管理則根據事件的成功傳輸次數和生存時間來共同決定存儲隊列中事件的重要程度和丟棄原則，以降低網絡傳輸能耗。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)點的傳輸能耗和網絡的事件傳輸成功率，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態(tài)發(fā)布/訂閱系統(tǒng)通信協議GAPC(Group-basedAdaptivePublish/subscribeCommunicationProtocol)。GAPC的核心思想是根據人們的相遇次數和相遇時

9、間特征把監(jiān)測區(qū)域的人分為若干個社團(Group)，并在每個社團中選舉一個能量最大的傳感器節(jié)點擔當本社團的頭節(jié)點，之后基于社團進行發(fā)布/訂閱通信。GAPC協議由事件傳輸和隊列管理兩部分組成，事件傳輸策略中，除了社團中傳感器節(jié)點保存的事件盡量傳輸給訂閱者外，每當移動訂閱者和它所在社團外的傳感器節(jié)點相遇時，訂閱者存儲隊列中滿足某些條件的事件還要傳輸給這些傳感器節(jié)點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。隊