地理位置信息受限的WSN-MS數(shù)據(jù)收集策略研究.pdf

1、在無線傳感器網絡中，存在著“傳輸熱點”問題，即位于基站附近的一部分節(jié)點，需要承擔大量數(shù)據(jù)轉發(fā)任務，快速消耗能量，從而導致節(jié)點過早失效，縮短網絡生存周期。為了延長網絡生存周期，一種重要的方法是通過基站的移動實現(xiàn)節(jié)點能量的有效利用。具有移動基站的無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network with Mobile Sink，WSN-MS）能夠使得在不同的時間段由不同區(qū)域內的節(jié)點承擔與基站直接通信的任務，從而均衡節(jié)點能耗，緩

2、解網絡的傳輸熱點問題，延長網絡生存周期。另一方面，在某些情況下，由于節(jié)點部署環(huán)境、感知能力和成本等因素的限制，節(jié)點無定位設備，難以獲取地理位置信息。此時，獨立于地理位置信息的數(shù)據(jù)收集策略是必要的。
　　本文重點研究了節(jié)點地理位置信息缺失時，WSN-MS數(shù)據(jù)收集過程中的基站狀態(tài)信息更新，網絡路由和基站移動路徑規(guī)劃三個方面。論文在研究方法與思路上力求有所突破，主要研究工作和成果包括以下幾個方面：
　?、籴槍o節(jié)點地理位置信息時，

3、基站移動后狀態(tài)信息更新和網絡路由建立與維護的需求，提出了基于追逐算法的骨干網絡生成算法。將上述需求局限于含有少量節(jié)點的骨干網絡，從而減少相關的通信開銷。本文的算法首先形成支配集，將各支配節(jié)點視為學習自動機并求取動作集，通過追逐算法迭代優(yōu)化支配節(jié)點的動作，最終獲得最小連通支配集的一個近似解作為骨干網絡。本文也對使用時變學習參數(shù)時，算法的ε最優(yōu)性進行了證明。仿真實驗結果表明，相比于其他骨干網絡構建算法，本文提出的算法獲得的骨干網絡具有更少節(jié)

4、點數(shù)目，較小的節(jié)點度，同時保證其獲取過程的通信開銷合理的范圍。
　?、谘芯苛斯?jié)點地理位置信息缺失及存在失效節(jié)點時，基站移動后狀態(tài)信息更新的廣播協(xié)議，提出了擴展定向支配裁剪（EDDP）算法。EDDP引入貪婪嵌入過程，賦予節(jié)點虛擬坐標，并根據(jù)這些坐標形成節(jié)點的定向鄰節(jié)點集，使得轉發(fā)節(jié)點集中所需覆蓋的鄰節(jié)點數(shù)目更少，減少冗余數(shù)據(jù)包轉發(fā)。EDDP選擇輔助轉發(fā)節(jié)點，保證了網絡存在失效節(jié)點時廣播消息的傳輸。根據(jù)節(jié)點獲得的不同的鄰節(jié)點信息，進一

5、步提出了擴展定向全支配裁剪算法和擴展定向部分支配裁剪算法，以減少更多的冗余數(shù)據(jù)包轉發(fā)。此外，針對廣播過程數(shù)據(jù)轉發(fā)的判定準則，提出了簡版標記和未標記終止準則，以移除原有終止準則中對節(jié)點狀態(tài)查詢消息的依賴。與忽略查詢消息和應答消息影響后的標記/未標記終止條件相比，算法性能只有輕微的降低。仿真實驗結果表明，相比于傳統(tǒng)算法，本文算法能夠有效減少網絡中參與數(shù)據(jù)轉發(fā)的節(jié)點數(shù)目，降低數(shù)據(jù)包的沖突次數(shù)和冗余數(shù)據(jù)的轉發(fā)。
　?、垩芯苛斯?jié)點地理位置信

6、息缺失及存在失效節(jié)點時，基站移動后節(jié)點與基站間路由的快速重構，提出了基于虛擬節(jié)點的貪婪嵌入（VGE）算法，并在此基礎上進一步提出了一種新型路由算法。VGE算法賦予各節(jié)點虛擬坐標，使得網絡的任意兩節(jié)點間都存在著一條貪婪路徑。如果網絡中無失效節(jié)點，貪婪轉發(fā)路由總是有效。當新節(jié)點的加入時，VGE算法能夠在不改變其他節(jié)點虛擬坐標的前提下，維持網絡的貪婪特性。基于節(jié)點虛擬坐標的特點，本文提出了改進型重力-壓力路由算法，保證了存在失效節(jié)點時，數(shù)據(jù)順

7、利傳輸?shù)侥康墓?jié)點。此外，本文求取了貪婪嵌入相關參數(shù)的一種具有簡潔表達式的特解。與其他基于虛擬坐標的路由方法相比，不管網絡中是否存在失效節(jié)點或障礙物，本文的算法能夠正常的工作且獲得更小的路徑擴張比（意味著節(jié)點間平均通信的跳數(shù)更少，有利于減少通信能耗）。
　　④針對具有單基站且其移動環(huán)路長度受限的時延容忍網絡，提出了一種獨立于節(jié)點地理位置信息的基于交叉熵的基站移動環(huán)路制定策略。其以最小化網絡數(shù)據(jù)傳輸總能耗為目標，在環(huán)路形成的過程中，綜