络数据收集相关技术研究数据收集相关技术数据收集的应用模式数据收集的传递模式数据收集性能评估无线传感器网络数据收集方法相关研究工作平面数据收集算法层次数据收集算法可移动节点数据收集算法本章小结第三章基于可移动节点的异构无线传感网数据收集方法相关工作网络模型和相关假设符号定义和网络模型相关假设相关算法最大化缓存溢出时间分簇算法算法流程图临时缓存机制基于簇头的最小权值算法仿真实验仿真环境及参数设置能量消耗模型可移动节点的移动距离时延网络生命周期和能量消耗丢包率本章小结第四章基于多个可移动节点的无线传感网数据收集方法相关工作问题描述和网络模型问题描述网络模型万方数据可移动节点的组合替换，算法算法描述算法流程可移动节点间的协作，算法算法描述算法流程仿真实验参数设置时延能耗可移动节点的路径比较可移动节点的数目本章小结第五章展望与总结工作总结工作展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间申请的专利附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表符号说明传感器节点节点通信半径可移动节点通信半径节点采用率节点内存节点缓存溢出时间可移动节点的移动速度可移动节点从成树，对于给定的边界维度，树的半径最大为的倍，同时所有节点的维度最大为。改方法虽然能有效的平衡网络吞吐量和数据传输时延，但是由于靠近基站周围的节点能量消耗的更多，造成负载的不均衡，从而导致网络断开，不能完成数据收集的工作。在文献中，和提出了个有效的资料汇集生成树，分布式算法，通过节点周围的本地信息构造了颗近似负载均衡的最短路径生成树，提高了网络的生命周期。该算法主要包括两部分构造生成树和平衡生成树。树的构造过程是基于最短路径树，来完成的，是连接树中所有节点使基站到每个节点的跳数总和最小的边数的集合。然后，调整构造颗近似负载均衡的生成树来降低基站周围节点的能耗，以延长网络生命周期。层次数据收集算法平面数据收集算法只是在二维空间内设计的算法，层次数据收集算法将网络中的节点在逻辑上分成若干个簇。该类型算法的核心是设计出有效的分簇算法，在每个簇中选择个合适的簇头节点，簇头节点收集本簇内其他节点的数据再传输给基站。此外，还可以将这些簇头节点再进行分簇，形成更高层的网络。在层次数据收集算法中，簇头节点不仅需万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络数据收集相关技术研究要完成自身的数据收集任务，还要负责将本簇中其他节点的数据传输到高层节点中去，因此选择的簇头应满足高能量大缓存等特性。该类算法有效的解决了平面数据收集算法中存在的多跳问题，使网络中节点的能耗更加均衡，适用于大规模的无线传感器网络应用，具有较好的鲁棒性和可扩展性。但是，该算法中数据的采集和转发主要由簇头节点完成，网络性能也主要取决于簇头节点，因此该算法的关键就是保证数据收集任务的基础上，尽可能的提高簇头节点的可靠性和稳定性，。在文献中，和等人提出了个分布式节能分簇算法fi根据传感器节点到基站的距离来决定合适的簇大小。事实上，随着节点到基站距离的减少，传输数据消耗的能量也相应的减弱，因此，节点到基站的距离与需要传输的数据之间有着明显的关系，考虑好这两者之间的关系就能使网络中节点消耗均衡。算法在综合考虑以上两者之间关系的基础上，通过调整节点使之成为簇头节点，设计合适的簇大小，在数据收集过程中，有效的降低了开销以及能耗。但是，该算法未提出簇头节点失效后的解决方法，以及簇头之间的相互协作关系。在文献中，针对网络分簇后簇头节点由于收集数据聚合数据与基站通信需要额外消耗的问题，和提出了个分布式可容错分簇算法在簇的生成过程中，使用个消耗函数来决定簇头，该消耗函数综合考虑了节点的残余能量传感器及诶单之间的距离以及传感器节点到基站之间的距离。当簇头节点由于意外原因失效后，又提出个分布式可恢复协议来选择其他节点作为簇头节点。为了实现容错性，该算法通过部署冗余簇头节点或者完全重新分簇来应对传感器节点失效的问题。该算法有效了降低了能量消耗，在形成簇的过程中生成了令人满意的有效簇头数。但是在簇头节点的选取上综合考虑的多个因素，在些特定应用领域将不能很好的达到要求。其次，当簇头节点失效后采取的重新生成新簇的方法将消耗额外能量。可移动节点数据收集算法随着无线传感器网络数据收集算法的深入研究，越来越多的研究者发现节点的移动性对数据收集协议的性能具有更加优越的提升，并开始着重研究支持可移动节点的数据收集算法，。引入可移动节点作为移动基站来收集数据主要能够提升以下网络性能网络连通性。传统的无线传感器网络中节点都是静止的，他们互相协作自组织成网络来收集数据，但是当网络中部分节点耗尽能量致使网络断开，或者网络中的节点比较稀万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络数据收集相关技术研究疏不能生成连通网络时，让可移动节点移动到指定区域采集数据，能够有效的降低节点分布对网络连通性的要求。数据的丢失率。在传统的数据收集协议中，节点采集到的数据要经过多跳传输给基站，在这期间难免会由于信号之间的互相干扰而造成数据丢失，并且在传统数据采集过程中，部分节点中的数据会由于缓存空间满后未及时交给基站而丢失。采用可移动节点可以在节点数据缓存空间满之前到达收集数据，有效的减少了数据的丢失率，同时也降低了多跳问题，减少数据的冲突概率。网络的能耗。平面数据收集协议中提出的树形网络拓扑结构中，靠近基站的节点不仅需要完成自身数据收集，还要负责将其子树中的节点中的数据传输给基站，故使整个网络能耗极度不均衡。采用可移动节点的数据收集方式，让移动节点移动到指定区域，不仅能解决多跳问题，降低整个网络的能耗，而且可以有效的使整个网络中的能量达到负载均衡。在文献中，和提出了采用可移动节点来收集数据的算法。首先，将网路分成若干个簇，选择合适的簇头节点，在分簇过程中综合考虑节点的能耗以及网路生命周期。然后提出入口节点的概念，这些节点部署在可移动节点运动的轨迹上，簇头节点将收集到的数据发送给入口节点，等可移动节点到达时将数据转发给可移动节点。该方法中所有节点将数据传输给簇头节点，然后簇头将数据再传输给入口节点，故不存在多跳问题，有效的降低了网络能耗。但是，可移动节点是按照原先设计好的路径移动到入口节点采集数据的，在该条路径末尾的入口节点可能存在缓存溢出，造成数据丢失。文献中，和等人提出了基于簇的高效的预测移动性路由协议。在该算法中，根据剩余能量以及传输半径等参数，将具有高能量的节点选择为簇头节点，然后使用卡尔曼滤波法得出包含容量加速和位置等信息的节点更新状态，并将该状态发送给簇头节点，簇头节点再将这些信息发送给基站。在收集这些状态之前，基站根据已经收集到的更新状态来预测可移动节点将要到达的下个位置来置收集数据。在该算法中，可移动节点根据网络的整个运行过程以及性能参数动态的决定下个移动位置，可以有效的降低数据延迟和丢包率，同时又不存在多跳，降低网络能耗。但是增大了簇头节点的负载，需要设计更加有效的分簇算法。上述介绍了采用单个可移动节点收集数据的方法，由于可移动节点移动速度的限制，数据收集过程中的延时可能会经常发生，且随着网络规模的增加而更加明显。因此，为了让网络部署更加具有灵活性，数据收集性能更加高效，研究者提出了采用多个可移动节点协作来完成数据收集任务的方法。和等人在文献中利用队列系统来模拟多个万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章无线传感器网络数据收集相关技术研究可移动节点收集数据的过程，指分布式服务时间，是可移动节点的数量。该系统对于收到的数据收集请求采用先来先服务的原则，当请求存在时，就分派个可移动节点到相应位置收集数据。该方法在节点需要转发数据的时候就分派可移动节点，有效的降低了数据收集的时延以及丢包率，但是可移动节点的数量可能需要很多个，而且这些可移动节点之间不存在相关性，在其它性能上如可移动的节点的移动距离总的能量消耗还有所不足。文献中，和等人提出了基于多个可移动节点无线传感器网络数据收集方案。在该方案中网络被组织成树型拓扑结构，由基站决定激活哪些节点并分派可移动节点到相应区域完成数据收集，这样整个网络中只需要少数节点被激活，其他节点处于休眠状态，有效的降低了能量消耗。但是，网络中可能存在些节点永远不会被唤醒造成负载不均衡，而且没有优化可移动节点的路径以及他们之间的协作工作。本章小结本章首先介绍了无线传感器网络中数据收集的相关技术，给出了数据收集的三种应用模式，六种数据收集的传递模式以及主要的性能评估。然后，通过阅读国内外数据收集相关文献，分别对平面型数据收集层次型数据收集以及可移动节点数据收集算法的研究现状做了简要的介绍，为以下章节打下基础。万方数据单位代码密级硕士学位论文论文题目基于可移动节点的无线传感网数据收集算法研究姜福均孙力娟计算机应用技术计算机在通信中的应用技术工学硕士学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要无线传感器网络作为物联网的基础，将实际存在的客观世界与虚拟的信息数据世界紧密的联系在起。无线传感器网络应用的前提是高效的收集数据，即传感器节点将通信范围内的数据采集起来，采用合适