无线传感器网络移动轨迹受限的能量有效数据收集方法

摘要

随着无线传感器网络技术的不断进步与发展，使得其可在传统网络无法覆盖的区域工作，而数据收集作为网络最重要的功能由于无线传感器网络的多样化部署环境变的十分困难。无线传感器网络数据收集协议由于需要考虑不同的网络场景，所以需要针对特殊的应用场景设计不同的数据收集协议。
　　本文对基于移动基础设施的无线传感器网络进行了系统性的调研，对其网络体系结构、特点、应用前景做了细致分析，对基于移动基础设施的无线传感器网络的网络拓扑结构和数据收集技术进行了分类研究。针对目前数据收集过程中存在的高能耗、高时延等问题，提出了一种基于移动Sink轨迹受限的最大化降低能耗数据收集协议，并进行了仿真试验：
　　(1)本文根据网络拓扑结构以及相关限制条件，提出一种基于移动基础设施的无线传感器网络的数据收集系统模型，并且形式化该移动轨迹设计问题为约束轨迹最大化降低能耗(Maximizing Energy Reduction for Constrained Trajectory, MERC)问题。
　　(2)本文进一步证明MERC问题是NP-Hard问题。基于贪心策略提出一种基于移动Sink轨迹受限的最大化降低能耗数据收集协议(Constrained Trajectory based on Maximizing Energy Reduction, CTMER)。协议分为两个阶段：初始化数据收集树和数据收集树剪枝。本文对该数据收集协议的执行过程进行了实例化介绍和分析。之后对 CTMER算法的时间复杂度进行了分析，证明其算法时间复杂度是O(n4)。
　　(3)通过Matlab仿真平台对CTMER、RT-VT、LBDD和QDD四种数据收集协议在全网能耗、全网生存周期、全网总路径长度等方面进行实验仿真，并详细分析了每种协议的性能表现。仿真实验结果表明，CTMER在能耗方面相对于同类基于移动Sink的无线传感网络分层数据收集方法降低了7％左右。
　　综上所述，本文对基于移动基础设施的无线传感器网络数据收集技术进行了细致分析和研究，并设计了一种基于移动Sink轨迹受限的最大化降低能耗数据收集协议。研究结果对无线传感器的数据收集协议的设计及其应用具有参考价值。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2课题研究意义

1.3课题来源

1.4研究内容和研究目标

1.5论文创新点

1.6论文的组织结构

第二章 基于移动基础设施的无线传感器网络数据收集技术

2.1概述

2.2无线传感器网络性能指标

2.3基于移动基础设施的无线传感器网络数据收集协议

2.4本章小结

第三章 移动Sink轨迹受限的最大化降低能耗问题

3.1研究背景

3.2相关工作

3.3能耗模型

3.4问题形式化

3.5 MERC问题的复杂度分析

3.6本章小结

第四章 轨迹受限的最大化降低能耗数据收集协议

4.1 CTMER协议设计

4.2 CTMER协议执行实例

4.3 CTMER协议时间复杂度分析

4.4本章小结

第五章 仿真实验与结果分析

5.1仿真设置

5.2仿真结果

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

参考文献

附录1攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2攻读硕士学位期间申请的专利

附录3攻读硕士学位期间参加的科研项目

附录4图表清单

致谢