無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)發(fā)布技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由具有感知、數(shù)據(jù)處理和短距離通信功能的傳感器節(jié)點組成，在軍事、民用和科學研究領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。
　　無線傳感器網(wǎng)絡的主要功能是探測目標區(qū)域的信息，并主動將數(shù)據(jù)發(fā)送到固定基站或者在接到查詢時被動地將數(shù)據(jù)發(fā)布給感興趣的用戶。因此，如何有效地完成數(shù)據(jù)發(fā)布是無線傳感器網(wǎng)絡的一個主要研究問題。無線傳感器網(wǎng)絡不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡，它和應用高度相關(guān)，因此，數(shù)據(jù)發(fā)布應當考慮特定的應用場景，選擇具有針對性的數(shù)據(jù)發(fā)布技術(shù)。
　　

2、本文根據(jù)應用特點，將無線傳感器網(wǎng)絡按照體系結(jié)構(gòu)分為三種，分別是靜止單基站網(wǎng)絡SSS(Static Single Sink)、移動單基站網(wǎng)絡MSS(Mobile Single Sink)和移動多基站網(wǎng)絡MMS(Mobile Multi-Sink)，并針對不同的網(wǎng)絡體系機構(gòu)的特點研究其中的數(shù)據(jù)發(fā)布技術(shù)。
　　1.針對節(jié)點具有位置信息的靜止單基站網(wǎng)絡，研究通過調(diào)度節(jié)點輪流工作來減少數(shù)據(jù)冗余的數(shù)據(jù)發(fā)布技術(shù)，提出了一個滿足全覆蓋要求的節(jié)點調(diào)

3、度算法，并基于該算法之上，提出了一個數(shù)據(jù)發(fā)布協(xié)議。另外，分析了基于節(jié)點位置調(diào)度模式的特點，發(fā)現(xiàn)該模式使網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域產(chǎn)生一種類似于剝洋蔥的現(xiàn)象，網(wǎng)絡節(jié)點從外到內(nèi)逐漸死亡。這一現(xiàn)象表明目前備受推崇的全覆蓋方式在一些應用中性能并不像想象的那樣好，這也是第二部分研究的動機。
　　2.針對節(jié)點沒有位置信息的靜止單基站網(wǎng)絡，研究通過基于概率睡眠的策略來達到節(jié)能數(shù)據(jù)發(fā)布的目的。基于細胞自動機理論，提出了概率性細胞自動機睡眠模式，給出了4種不同

4、的實現(xiàn)方式。這種模式不需要節(jié)點的位置信息，從而能夠降低為獲取位置信息帶來的能耗和計算復雜度?？紤]到數(shù)據(jù)發(fā)布的目的，提出了面向基站連通覆蓋的概念，并基于概率性細胞自動機模式提出一個滿足面向基站連通覆蓋的數(shù)據(jù)發(fā)布協(xié)議，該協(xié)議一方面能夠在滿足一定覆蓋率的同時盡可能地關(guān)閉節(jié)點以節(jié)能，另一個方面能夠保證每個工作的節(jié)點都具有至少一條到達基站的路徑，從而保證了數(shù)據(jù)的順利傳輸。
　　3.在無線傳感器網(wǎng)絡中引入移動性能夠提高網(wǎng)絡的性能。針對靜止基站

5、的瓶頸問題，研究如何通過控制基站的移動來提高數(shù)據(jù)發(fā)布的負載平衡和減少數(shù)據(jù)傳輸能源消耗。提出了一個移動協(xié)助的數(shù)據(jù)發(fā)布模式，它在網(wǎng)絡中開辟固定的緩沖區(qū)，所有數(shù)據(jù)首先傳輸?shù)皆搮^(qū)域內(nèi)等待基站來收集，基站在該區(qū)域內(nèi)來回游動，并在移動中收集數(shù)據(jù)。基于圓形網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域，從理論上
　　分別分析滿足最大化負載平衡和最小化能源消耗的緩沖區(qū)位置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩個位置非常接近，從而給出了同時滿足負載平衡和較少能耗的最優(yōu)位置。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，給出了三種不

6、同情況下的路由算法。同時，該模式支持事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)發(fā)布和查詢驅(qū)動的數(shù)據(jù)發(fā)布。理論分析，本文提出的數(shù)據(jù)發(fā)布模式在很大程度上降低了網(wǎng)絡節(jié)點最大負載，并且減少了數(shù)據(jù)傳輸能源消耗，數(shù)值結(jié)果顯示，在相同的情況下分別比固定基站和同類工作的最大網(wǎng)絡負載降低95％和80%以上，從而將網(wǎng)絡生命周期延長了500%以上。
　　4.針對多個移動基站的網(wǎng)絡，研究如何在減少查詢能耗的同時提高查詢的命中率。在這種網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中，多個隨機移動的基站會隨時隨地發(fā)出