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文檔簡介
1、無線傳感器網(wǎng)絡是由大量廉價的傳感器節(jié)點組成的,而傳感器節(jié)點以協(xié)作地方式來完成特定的任務,如環(huán)境監(jiān)測、目標跟蹤和醫(yī)療衛(wèi)生等。傳感器節(jié)點由電池供電,且通常部署于無人值守區(qū)或者環(huán)境惡劣的區(qū)域,無法通過更換電池補充能量,因此在設計相關協(xié)議和算法時必須考慮能量的有效性。由于無線傳感器網(wǎng)絡中通信能耗遠高于數(shù)據(jù)處理能耗,因此為了減少能耗,必須盡可能地對原始數(shù)據(jù)進行網(wǎng)內處理,以減少節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信量。數(shù)據(jù)融合是無線傳感器節(jié)點對收到的數(shù)據(jù)進行網(wǎng)內處理的一
2、項重要技術,該技術可以極大地減少網(wǎng)絡內部的通信量,從而延長網(wǎng)絡的壽命。 隨著無線傳感器網(wǎng)絡得到廣泛的應用,出現(xiàn)了一些新的應用要求和技術,其中移動傳感器網(wǎng)絡成為研究的熱點問題。由于移動傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點的移動性,使得原先靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡中一些技術不再適用,數(shù)據(jù)融合技術就是其中之一。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)融合算法大多是基于固定、全局結構的,在移動網(wǎng)絡中由于節(jié)點的移動性,使得這些算法建立和維護結構的開銷較大,不適用于移動傳感器網(wǎng)絡。因此本文主要研
3、究大規(guī)模移動傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)融合問題。 首先,本文研究了大規(guī)模移動傳感器網(wǎng)絡中非結構化的數(shù)據(jù)融合問題。已有的非結構化的DAARW(Data-Aware Anycast and Random Waiting)數(shù)據(jù)融合算法存在一些不足之處:沒有考慮能量的有效性;可能導致CTS(Clear To Send)消息沖突。因此我們對該算法進行改進提出了能量有效的EEDAARW(Energy-Efficient Data-Aware Any
4、cast and Random Waiting)算法。該算法分別使用以數(shù)據(jù)為中心的任意播(Data-Aware Anycast,DAA)機制和隨機等待(Random Waiting,RW)機制實現(xiàn)空間和時間上的融合,數(shù)據(jù)包只有在相同的時間傳到相同的節(jié)點才能融合。DAA機制使用Anycast方法把數(shù)據(jù)發(fā)送到有同樣數(shù)據(jù)的節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合,以此來提高空間匯聚;RW機制的作用是提高時間匯聚,有采用數(shù)據(jù)的節(jié)點根據(jù)自己到sink節(jié)點的距離產生一個延
5、遲,離sink節(jié)點越近延遲越大,該機制能夠避免有采用數(shù)據(jù)的節(jié)點在發(fā)送完自己的采樣數(shù)據(jù)后,而作為中繼節(jié)點再次發(fā)送收到的數(shù)據(jù),從而減少能耗。實驗仿真表明EEDAARW算法使得網(wǎng)絡生命周期比DAARW算法延長了大約30%。 其次,本文研究了大規(guī)模移動傳感網(wǎng)絡中基于事件驅動的數(shù)據(jù)融合問題。我們提出了基于局部動態(tài)結構的數(shù)據(jù)融合算法LDSDA(Local and Dynamic Structure-based Data Aggregatio
6、n)。該算法建立的結構有三個部分:一是事件發(fā)生區(qū)域距離比率最小的節(jié)點到sink的直線路徑LS(Line Structure);二是事件發(fā)生區(qū)域(Event Area,EA)中的簇結構;三是連接各個簇頭節(jié)點的樹CHT(Cluster Head Tree),把EA中的簇頭的數(shù)據(jù)收集到處于LS上的樹根節(jié)點。建立的結構在完成數(shù)據(jù)收集后不再需要,故避免了維護的開銷。算法能夠獲得盡早融合,并把融合后的唯一數(shù)據(jù)以近似直線的路徑發(fā)送到sink節(jié)點。該算
7、法的網(wǎng)絡延遲很小,且能有效的減少節(jié)點能耗,延長網(wǎng)絡的生命周期。實驗表明LDSDA算法比DAARW算法的網(wǎng)絡能耗平均減少了8%,網(wǎng)絡延遲平均減少了49%。 最后我們設計實現(xiàn)了一個網(wǎng)絡模擬器,該模擬器是基于TinyOS平臺的。模擬器使用分層的模塊化方式實現(xiàn),模塊之間使用接口通信,可以方便的更換和更換其中的模塊,可擴展性良好。該模擬器由前臺和后臺組成:前臺實現(xiàn)網(wǎng)絡的配置和運行顯示過程,使用java語言編寫;后臺根據(jù)網(wǎng)絡配置進行模擬運行
8、,產生實驗數(shù)據(jù)并提交給前臺,使用TinyOS平臺下的nesC語言和C語言編寫,網(wǎng)絡中的各層模塊,如應用層模塊、路由層模塊和MAC層模塊等由nesC編寫,系統(tǒng)支撐文件由C語言編寫。 本論文的主要貢獻和創(chuàng)新點如下: ·針對大規(guī)模移動傳感網(wǎng)絡,提出了非結構化的數(shù)據(jù)融合算法,算法避免了建立和維護結構的開銷。同時,算法考慮了能量的有效性,能夠有效的節(jié)約網(wǎng)絡能耗,延長網(wǎng)絡生命周期。 ·提出了大規(guī)模移動傳感網(wǎng)絡中的基于局部動態(tài)
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