无线传感器网络中基于能量有效的按需缓存策略研究

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近年来,无线传感器网络受到了各界的关注,很多方面的研究已经逐渐完善,但是仍然存在数据访问延迟、网络堵塞及能量消耗过多等问题。研究表明,无线传感器网络的缓存技术能改善上述问题。然而,国外关于无线传感器网络缓存技术的研究处于初步发展阶段,国内在这方面的研究更加少。因此,开展对无线传感器网络缓存技术的研究有着重要的意义。本文概述了无线传感器网络及缓存技术,研究缓存技术中的缓存放置算法和缓存替换算法,其中缓存放置包括缓存节点的选择和缓存数据项的存储。主要工作有:1.提出了使缓存节点分散在整个网络的选择缓存节点的算法和基于能量判断缓存节点是否应该存储数据项的策略。具体如下:(1)源节点到sink节点的距离不大于3跳时,sink节点直接从源节点获取数据项,否则,利用二分法的思想,在源节点和sink节点的路径上选择缓存节点,使缓存节点分散在整个网络,均衡网络的能量消耗。(2)选择缓存节点后,若缓存节点的剩余能量大于设定的阈值能量,则缓存节点存储该数据项,防止缓存节点因能耗过多而提前死亡。2.提出了一种获取缓存替换算法权值函数的新方法,并得到了新的缓存替换算法。具体如下:(1)分析缓存替换前后sink节点缓存发现消耗的能量,得到缓存替换后降低缓存发现能量消耗的一些因素。(2)这些因素分别是缓存对象的访问率Pt和缓存对象的大小St,同时为了保证sink节点缓存发现的数据项不是过期的,引入了缓存对象产生的时间Time,它们构造成缓存替换算法的权值函数gain。缓存替换时选择替换出访问率低、占用空间大和产生时间久的缓存对象。NS2仿真实验表明,对比已有的缓存策略,本文的算法在平均跳数上有所改善,平均能耗降低35.6%,平均时延减少31.6%,缓存命中率提高8.16%。
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