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无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,经处理后,将结果传送给用户。由于具有巨大的应用前景,无线传感器网络受到了学术界和工业界越来越广泛的关注。遗憾的是,由于传感器节点能源有限且不易补充,网络的生存时间受到限制。因此,如何降低能耗成为无线传感器网络面临的首要挑战。
研究表明,无线传感器网络的能量主要消耗在通信过程中,即数据包的接收和发送。针对无线传感器网络中数据冗余度较高的特点,本文采用数据约减的思想,通过减少网络中的数据包传输,达到降低无线传感器网络能耗的目的。数据约减的实现主要包括数据传输路径的建立以及数据约减功能实现两个部分。为便于在无线传感器网络中实现数据约减,采用多播树的方式建立数据传输路径。传输路径上的节点通过对收到的数据包进行过滤、合并、拆分、转发等措施,完成数据约减工作。
本文在开源无线传感器网络操作系统TinyOS上对数据约减进行了实现。具体实现包括路由模块与数据约减模块两个新的组件,分别完成路由建立与数据约减功能。
最后,本文对改进后的通信协议栈进行测试分析,通过比较网络能耗,验证了数据约减的性能。