面向无线传感器网络的数据汇聚研究与应用

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微电子、计算机和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。这些微型传感器通过自组织方式就构成了无线传感器网络。无线传感器网络具有组网快捷、灵活等诸多优点,有很高的研究价值和十分广阔的应用前景,在军事、工农业生产、城市管理、医疗、环境监测和抢险救灾等许多领域都有重要的应用,现在已经引起了学术界和工业界的高度重视。无线传感器网络能量、计算能力、存储能力、通信能力受到严重的限制。研究表明数据传输消耗了总能量的70%,所以必须合理利用能量,努力延长无线传感器网络工作寿命。而原始监测数据中有大量冗余信息,通过数据汇聚来减少数据传输量是减少能耗最重要的技术之一。针对无线传感器网络能量和计算能力严重受限等问题,通过对数据汇聚技术的研究,本文提出了一种面向无线传感器网络的数据汇聚模型及实现方法。该数据汇聚模型适合大规模的无线传感器网络,利用传感器网络节点有限的计算能力对原始数据进行初步分类,从而减小网络通信量。在数据通信阶段,提出了基于区域最小生成树的汇聚路由协议(RMCS),RMCS协议使剩余能量多、传输能力强的节点作为区域树的根节点,负责与其它区域簇首或基站(sink)进行数据通信。RMCS协议可以平衡子节点的数量,使通信开销分布到整个网络来平衡网络的能量开销,延长网络生存周期。本文通过仿真实验对数据汇聚模型的性能进行了分析和评估,仿真结果表明:该数据汇聚模型可以很好地平衡网络负载,提高无线传感器网络的感知精度,延长网络生命周期。
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