利用移动数据收集器(MDC)进行无线传感器网络中感知数据的收集,可以有效地减少传感器将数据发送到静止基站的传输跳数,避免无线传感器网络中的热点及能量空洞等问题,同时节约网络的能量,延长网络寿命。但是,移动性也带来了延时、路由等新问题。本文对无线传感器网络中移动协助的数据收集模式展开研究,具体工作主要包括以下几个方面：本文的第一部分工作致力于优化MDC的移动路径。通常情况下,由于MDC的运行速度有限,远远小于无线网络传输的速度,因此在能耗与延时之间存在折衷。将传感器数据缓存在移动路径上经过的一些节点,称为数据汇集点。将优化目标规约为时延受限下的能耗最小化问题,并提出了一个基于优先级的贪心算法来选择最佳的数据汇集点。此外,根据数据采集的不确定性,提出了一种基于访问概率的汇聚节点选择算法。实验结果显示,算法在满足数据收集效率的前提下,可以有效地缩短移动轨迹,相应地,在规定的时间内达到延长移动路径的目的。本文的第二部分工作主要研究实时环境下路由的动态更新问题。MDC(这里主要指移动Sink)的移动使得传感器数据传输的路由发生变化,传感器需要实时地更新自己的路由信息,以保持一条到Sink的可达通道。首先分析了路由转发树的生成算法及其动态维护过程,指明动态维护数据转发树和全网更新路由之间的利弊。提出了一种可调节的实时路由局部更新算法。通过比较传感器节点经原有路由到新位置的距离和现有的最佳路由距离,如果两者的比值大于给定的阈值,则更新该传感器的路由,否则继续使用原有路由,再传输到新的位置。实验结果表明,通过选择合适的阈值,算法可以改变路由更新的范围,控制网络的能量消耗。本文的第三部分工作主要研究无线传感器网络中当传感器节点具有轮值周期时的数据收集问题。传感器在睡眠与唤醒状态之间转换,以节约能量。如果MDC到达传感器通信范围时,传感器处于睡眠状态,则将等待下‘次唤醒时才能知道MDC的到来。详细分析了MDC的发现过程,以及MDC在与传感器交互的过程中传感器状态的转换对数据传输时间的影响。针对MDC移动速度恒定的情况,在满足传输性能的前提下最大化网络生命周期,提出了一种与时间无关的能效优化算法。该算法采用异步模式,不论MDC何时进入到交互区域,以及进入时传感器的状态,能在满足数据传输的要求和能量消耗上达到一个平衡。本文的第四部分工作是针对实验和应用需求,研制了一个MDC节点。采用ARM9作主控制器,并在主板上集成CC2431通信模块。同时,为了增强MDC的数据收集能力,引入空分多址(SDMA)技术,使得MDC在同一时间内同时接收多个传感器的数据。给出了一个双FPGA+DSP结构实现的智能天线系统。利用该MDC,需选择合适的位置以最大化数据接收量。同时,为减少数据传输的延时,这些停留位置组成的运行轨迹应该越短越好。将数据收集位置的选择问题规约为最短路径最大匹配问题,提出了一个解决该问题的启发式算法,即寻找最大的匹配对。实验表明,双天线系统可以有效地提升MDC的数据收集能力。最后对本文工作进行了总结,并探讨了移动协助的无线传感器网络研究的进一步工作。
