基于移動(dòng)Sink的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集技術(shù)研究.pdf

1、在近十年中，各國(guó)的科研人員從未停止對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，許多相關(guān)的研究成果也被出版。傳感器節(jié)點(diǎn)是在有限的電池能量下工作的并且一旦被部署后不能再重新改變其位置，因此在相關(guān)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)時(shí)必須確保該算法是能量有效的。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，Sink被放置在監(jiān)測(cè)區(qū)域中心或者某個(gè)特定的位置，節(jié)點(diǎn)被部署后靜止不動(dòng)并以多跳路由方式與Sink通信。在這種數(shù)據(jù)收集模型下，靠近Sink的節(jié)點(diǎn)相比其他節(jié)點(diǎn)而言需要轉(zhuǎn)發(fā)更多的數(shù)據(jù)，因而容易能量耗盡死亡，產(chǎn)生“

2、能量空洞”，這嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)壽命。通過(guò)引入移動(dòng)Sink在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以減少長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。本文主要研究基于移動(dòng)Sink的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集技術(shù)，并分別從網(wǎng)絡(luò)能耗均衡與網(wǎng)絡(luò)時(shí)延受限這兩個(gè)方面設(shè)計(jì)相關(guān)算法。
　　隨著移動(dòng)Sink的引入，也帶來(lái)了新的問(wèn)題。Sink直接移動(dòng)到傳感器節(jié)點(diǎn)所在位置收集數(shù)據(jù)，這使得網(wǎng)絡(luò)時(shí)延較傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)而言更大;另一方面，移動(dòng)Sink的移動(dòng)能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)

3、大于靜態(tài)節(jié)點(diǎn)的能耗，而在很多文獻(xiàn)中，移動(dòng)Sink的能耗被假設(shè)為無(wú)窮大，這顯然是不符合實(shí)際情況的。為解決上述問(wèn)題，本文提出能耗均衡路徑規(guī)劃算法(EBPP)。該算法包括3個(gè)步驟:1）采用LEACH算法和蟻群算法分別對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇和駐留點(diǎn)的初始化;2）提出路徑優(yōu)化函數(shù)(IP)通過(guò)采用構(gòu)建內(nèi)圈、優(yōu)化凹頂點(diǎn)與凸頂點(diǎn)、查找捷徑以及合并冗余替代點(diǎn)等方法獲得最終的駐留點(diǎn)集合;3）根據(jù)第1步中駐留點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)順序得到遍歷該駐留點(diǎn)集合內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的最短TSP路徑

4、，即為Sink的移動(dòng)路徑。為驗(yàn)證EBPP算法的有效性，本文以L(fǎng)EACH-TSP算法為例，在MATLAB平臺(tái)上將仿真比較了通過(guò)EBPP算法改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)壽命與原LEACH-TSP算法下的網(wǎng)絡(luò)壽命，其中，在能耗模型中考慮移動(dòng)Sink能耗。仿真實(shí)驗(yàn)證明，EBPP算法改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)壽命長(zhǎng)于原LEACH-TSP算法下的網(wǎng)絡(luò)壽命，另外，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延也得到了有效縮短。
　　對(duì)于某些延遲敏感的應(yīng)用，所有感知數(shù)據(jù)需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交。WRP算法通過(guò)一種基于

5、權(quán)值的駐留點(diǎn)選擇策略將移動(dòng)Sink的巡游路徑控制在一個(gè)閾值范圍內(nèi)。在此算法中，移動(dòng)Sink需要移動(dòng)到駐留點(diǎn)的位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)此，我們基于第一部分的研究提出了一種基于權(quán)值的移動(dòng)sink路徑選擇策略改進(jìn)算法(IWRP)。在此改進(jìn)算法中，移動(dòng)Sink只需移動(dòng)到每個(gè)駐留點(diǎn)的通信半徑內(nèi)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)這種方式，在給定的網(wǎng)絡(luò)最大時(shí)延下，更多的節(jié)點(diǎn)能夠被選舉為駐留點(diǎn)，相應(yīng)地減少了每個(gè)駐留點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)數(shù)從而降低了每個(gè)駐留點(diǎn)的負(fù)載。仿真實(shí)驗(yàn)證明，