基于数据聚合的无线传感器网络主动管理机制研究

摘要

随着无线通信技术的成熟，以应用为背景的无线传感器网络的研究得到快速发展，但现实环境中各种不可预料的影响因素或系统本身的错误，导致无线传感器网络实际部署后的行为有时会与预期行为有很大偏差。为了使在实际应用中的无线传感器网络更加可靠、高效地运行，应依据不同的应用情况对网络运行进行调整。无线传感器网络管理包括网络性能监测和网络维护。网络监测在无线传感器网络管理中地位至关重要，通过网络监测可以发现网络中节点失效、资源消耗以及其他错误或异常。如何高效、准确和快速地获得网络各个层次的信息是无线传感器网络监测技术需要研究的问题。
　　 为改善目前管理方案存在的能耗控制和数据主动性管理不足的问题，本文在结合移动代理的基础上，采用策略管理的思想，提出一种无线传感器网络主动管理方案。该方案构建和设计一个基于策略代理的中间件平台，在结合移动代理进行分布式任务处理的同时，采用策略代理对数据的监测和聚合过程进行分层抽象和计算，通过策略建立起一种基于数据聚合的分层主动管理机制，将数据聚合的过程分解为预处理层、扫描层和诊断层相对独立的三个异步处理过程，同时在异步处理中为保证数据一致性，以时间戳的方式给每个信息矩阵加入时间标签。
　　 在数据聚合处理逐层推进基础上，通过建立策略管理信息库对网络监测内容制定明确监控管理策略，将节点的参数变化及其行为同网络的状态变化和随之产生的事件行为相对应关联起来，制定了一种关联监测策略。该策略将无线传感器网络运行保障中的基础监测内容的性能监测同网络的事件行为相分离，建立量化和标准化的统一映射关系，以提高监测的针对性和时效性。
　　 最后，在OMNet++平台进行仿真实验，通过对比单纯基于移动代理的管理模型，在网络整体能量消耗控制、簇周期维持时间以及管理任务响应时延三方面的性能改进做了测试和分析。实验表明，由于使用策略代理实现了数据的异步处理响应并将大部分处理程序代码转移到了本地库，减小了移动代理在网内迁移和计算处理的能量开销，并延长网络簇头维持时间以及提高了任务响应的时效性。