无线传感器网络数据收集技术进展.pdf

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1、无线传感器网络数据收集技术进展戴振华1,2王建新1(1．中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083；2．湖南科技学院，湖南永州425100)[摘要】在归纳无线传感器网络数据收集技术研究进展的基础上，分析了近年来该领域具有代表性的数据收集算法，以数据收集结构、节点数据流量、移动性、功率控制和睡眠调度为依据，指出了这些算法的特点和适用情况，最后展望了数据收集算法未来的研究策略和发展趋势。[关键词】无线传感器网络；数据收集；结构化；流量优化；移动性1．前言无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，简称wsN)综合了传感器技术、嵌入

2、式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽准确的信息，传送到需要这些信息的用户。传感器网络技术将应用于越来越多的领域，例如战场监视、医疗护理、污染监测和目标跟踪等，在这些应用中，基本的操作是数据收集。与传统的有线网络和无线网络相比，传感器网络的数据收集面临更多的技术难题：(1)能效问题，无线传感器网络中节点具有通信和计算能力弱、电源能量有限且无法补充、易被损坏等特点：(2)存在相关数据收集和精确数据收集模式；(3)交互式数据收集，在某～特定时段，观

3、测者可能只对某一区域的某些类型的传感器收集的数据感兴趣，不必激活大量传感器节点的数据收集：(4)自适应性，传感器网络的拓扑可能由于多种原因(节点失效、链路干扰等)而发生变化，这要求数据收集机制能够适应这些变化，具有动态的自适应性。基于传感器数据收集的这些特点，目前学者提出了一些传感器网络数据收集的算法，本文根据数据收集结构、节点数据流量、移动性、功率控制和睡眠调度方面的不同，综述了传感器网络数据收集的相关技术算法。2．基于结构化的数据收集协议和算法WSN的网络结构是影响数据收集协议的一个重要因素，如果网络区域很大，平坦型网络消耗更少的能量，如果网络

4、规模小，层次型网络消耗更少的能量。2．1平坦型(mat)网络在平坦型网络里，包含大量的静态传感器节点和一个sink，所有传感器节点拥有同样的能量，具有相同的角色，都能够与sink通信。报文通过一跳或多跳转发到sink，即所有数据流量都流向sink。因此，靠近sink的节点比处于网络边缘的节点消耗更多的能量，这种网络结构只适合于小规模的网络。通常包括两阶段pIdl扩散、一阶段pun扩散和push扩散。2．2层次型(Hierarchical)网络层次型结构通过在网络里选举某些节点作为簇头或增加少数高能量的节点，把整个网络自组织成不同的层次，增强了扩展性

5、。(1)基于簇结构的网络所谓分簇技术，就是将节点划分成许多组，称为簇(cluster)，每个簇都有一个簇头和许多簇成员节点。分簇将网络划分为两层结构，簇头节点形成高一层，成员节点形成低一层，成员节点将数据发送给各自的簇头节点，簇头节点将数据融合后通过其它簇头节点发送到基站(sink)。分簇技术是一种优化能耗的拓扑控制技术，能减少冗余数据量，延长网络寿命，有效地进行网内数据融合，减少数据报告延迟和增强网络的可扩展性。由于簇头节点经常远距离传输数据，因此它们将消耗更多的能量。因此，网络将定期地重新进行分簇，选择能量充裕的节点担当簇头节点，从而将负载均匀

6、地分布到所有节点上。分簇路由己经成为传感器网络的热门研究领域。近年来提出的较有代表性簇结构的网络协议主要有LEACH、HEED、CUJDDA。LEACH是一个经典的延长网络寿命的聚类协议，它的基本思想是通过周期性等概率地随机选择簇头，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点，在簇头执行数据聚合，从而达到降低网络能耗的目的。尽管LEACH延长了系统生命期和数据的准确性，但要求簇头节点具有较大的通信能力，扩展性差，不适合大规模的网络，簇头节点的能量消耗也很快，频繁地选择簇头大大增加了网络能耗。HEED的主要目标是通过高效成簇，将能耗均匀分布到整个网

7、络从而最大化网络生命期。HEED的簇头选择主要依据主、次两个参数。HEED的主要改进是：在簇头选择中考虑了节点的剩余能量，并以主从关系引入了多个约束条件作用于簇头的选择过程，HEED在簇头选择标准以及簇头竞争机制上都与LEACH不同。实验结果表明，HEED分簇速度更作者简介：戴振华，男，湖南衡阳人，硕士研究生，讲师，研究方向：嵌入式开发及网络应用。基金项目：湖南科技学院2009年院级科研课题．项目墒号：09XKYTC015。一30一快，能产生更加分布均匀的簇头、更合理的网络拓扑。CLUDDA是一种结合了成簇和定向扩散的混合方法。主要分为两个阶段：兴

8、趣传播和数据传播，兴趣消息里包含查询定义，描述需要对数据执行的操作。在兴趣传播阶段，只有簇头和sink执行兴趣分发任务，普