基于汇聚传输调度的WSN高能效数据收集策略

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无线传感器网络(WSNs)在如今这个智能社会的很多方面都有应用,但由于自身局限性,网络中节点的电池通常无法更换。所以数据收集这一个传感器网络中主要和基础的应用中,收集策略的高能效性是节省传感器网络能量开销,延长网络生命周期的重要研究点之一。在无线传感器网络中,由于节点之间的大量通信,靠近汇聚节点的节点比其他节点消耗能量更快。采用移动的汇聚节点是解决此问题的好方法,利用移动性将能量负载在网络中进行均衡,但它会给节点带来两个新问题:(一)更新路由信息的开销;(二)由于非周期性查询,增加了操作时延。针对动态收集模型中的缺点,本文提出一种的高能效数据收集策略,降低了节点的能耗,最终达到延长无线传感器网络生命周期的目的。(1)为了解决更新路由开销、节点非周期性查询增加了额外活动时间的问题,提出一种基于汇聚节点传输调度的数据收集策略。传感器节点不更新路由信息,汇聚节点收集节点位置信息并指示路由,通过将非对称的多跳通信与唤醒控制相结合,给每个节点都配备了一个低功耗的唤醒接收器,汇聚节点确定传输调度,使用大功率传输唤醒信息,直接激活每跳上的一对节点从而进行数据收集,减少节点在空闲状态下的活动时间,从而减少节点能耗,延长网络生命周期。(2)为了解决所提策略在实际环境下,由于路径衰落引起的帧丢失问题以及较长的数据收集时间这两个问题,对所提策略进行了进一步改进。通过自适应地加入连续的唤醒信号传输次数以及添加数据重传时隙的数目,解决了帧丢失的问题。通过使用多通道,使得唤醒信号的传输和数据的传输能够并行的进行,从而能有效地减少数据收集所用的时间。利用NS-2网络仿真平台构建仿真环境,对本文所提策略进行相应评估。通过对应的实验对比表明,改进后的策略提高了帧传输率,和其他方法相比,减少了最大节点能耗,使得无线传感器网络的能量使用效率和整体性能有了一定提升,延长了整个网络的生命周期。
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