无线传感器网络快速聚集汇播调度问题研究

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无线传感器网络的一项核心功能是对监测数据的收集。为了进行数据收集,网络中的传感器节点均需要向汇聚节点传输其监测数据,这种由多点到一点的数据传输模式便是汇播传输。在汇播过程中,中间转发节点采用数据聚集机制将其需转发的多个数据包与其自身数据包进行合并便可实现聚集汇播。聚集汇播是无线传感器网络中的一种高效的数据收集方式。本文研究聚集汇播的传输调度问题,旨在尽可能地缩短传感器网络数据收集所需的时间。本文首先设计了一个基于传感器网络的污染物排放监测系统,并以此为场景实例引出了聚集调度问题。然后给出了节点通信模型和网络结构模型,并在此基础上给出了聚集调度问题的形式化描述。针对聚集调度中的节点传输目标的选择问题,本文提供了一种基于最小下限生成树的聚集树构造算法。通过每次向树中添加一条使得聚集树汇播时延下限保持最小的链路,算法构造出的聚集树具有较小的时延下限,从而有机会得到更小的汇播时延。针对聚集调度中的节点发送时间片分配问题,本文提供了一种带有补充调度机制的邻居节点度排序算法。该算法将邻居节点的度数之和作为排序指标对候选发送节点进行排序,然后依次为其分配时间片。算法优先为网络中节点密集的关键区域分配发送时间片,从而减少了后续链路相互冲突的概率,并且通过补充调度机制增加了同一时间片中并行传输的链路数量。最后,本文搭建了仿真实验场景,通过仿真实验对本文聚集调度算法的聚集树构造阶段和时间片分配阶段分别进行了性能分析并和其他算法进行了对比。实验分析显示,本文算法的汇播时延在大多数网络部署场景下低于其他算法。而本文算法的性能优势主要来源于较为分散的树结构和更多的并行传输。总的来说,本文设了一种有效的传感器网络快速聚集汇播传输调度方法。
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