无线传感器网络数据汇聚的研究

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无线传感器网络(WSN)是一种新型的测控网络,它由大量部署在监测区域的传感器节点组成,节点以自组织的方式组成网络来协同感知、收集、传输、处理数据。无线传感器网络具有部署成本低、监测精度高、可远程监控、便于维护等特点,在诸多领域有着广阔的应用前景。传感器节点的能量非常有限,因此提高能效、延长网络的生命周期成了WSN的研究热点。同时在实时性应用中,要保证数据的可靠传输,就要降低网络的时延。而传统的数据汇聚协议大多数把提高能效作为目标,很少考虑时延的问题。   针对上述的问题,本文深入研究了数据汇聚协议,提出了能效与时延均衡的汇聚算法(EEDBA)。在降低能耗方面,对于分层路由中的簇头能量消耗较多,能量负载不均衡,容易产生“热区”现象,本文设计了大小不等的簇,可以有效地平衡各个簇的能量消耗,并且在簇内建立了节点协商机制,避免频繁地创建簇带来巨大的能量开销。然后对簇内的数据先进行融合处理,再通过多跳的方式传送到SINK节点。融合操作去除了冗余信息,减少了传输的数据量,从而达到节省能量的目标。在降低时延方面,本文利用并行传输的思想来减少访问冲突的概率,增加信道的利用率。在簇内建立一条汇聚树,使数据沿着这条路径快速的汇聚起来,本文采用逆序的方法从簇头节点开始创建生成树,直到最后把簇内的剩余节点全部加进来,然后把生成树反向调整过来,就可以得到一个汇聚树。汇聚树能够让多对节点同时传输,每个节点都安排在固定的时隙,这样节点可以有序地并行传输。与LEACH协议相比,它减少了节点按照TDMA方式排队等待的时间,因此就降低了数据的传输时延,也增加了网络中的吞吐量。   通过仿真实验证明,EEDBA算法能够较好地均衡节点能耗,避免了节点过早的死亡,提高了网络的生命周期。同时在实时数据传输中,特别是在节点分布密集的场景中,该算法显著降低了数据汇聚的延迟。因此EEDBA能够有效平衡能效与时延,提高了WSN的性能。
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