无线传感器网络中数据分发方案的研究

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1、无线传感器网络中数据分发方案的研究无线传感器网络是由大量具有感知、计算和通信能力的低成本低功耗的微型传感器组成，用于实时感知和采集网络覆盖区域内的感知对象的信息，在军事国防、医疗健康、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、动物习性以及交通流量监测等领域都具有广阔的应用前景，特别适合应用于人不宜到达的恶劣环境和危险区域。无线传感器网络常常由成百上千个传感器协同工作，传感器网络中的节点一般可分成两类：一是传感器节点，也称为源节点，这些节点可对观察范围内的感知对象产生原始数据，并可存储、处理和传输数据,这些节点靠不能补充的电池供电，能量有限

2、;二是网关节点，也称为sink节点（或基站），这些节点用于实现传感器网络与Internet的连接，往往数量有限，但能量能够得到补充。研究表明，传感器网络中数据通信需要消耗大量能量，如何建立有效的数据传输路径，节约节点的传输能耗，延长网络生存期，设计能量有效的数据分发方案是至关重要的。　　1数据分发的分类　　根据源节点与sink节点是否可移动，数据分发可分为三类：　　(1)固定源节点与固定sink节点间的数据分发。源节点与sink节点一旦配置好，它们的位置就不再改变，直到网络终止，这是使用最广泛的数据分发。　　(2)固定源节点与

3、移动sink节点间的数据分发。用户使用PDA移动设备在感知区域内移动，通过查询源节点来获取有关对象的当前状态或近来目标活动的概况。　　(3)移动源节点与移动sink节点间的数据分发。可用于监测和跟踪移动目标的传感器网络。　　2数据分发方案　　有效可靠的数据分发关键在于建立数据分发的路径，通常要考虑节点的剩余能量、所处的地理位置、网络拓扑、当前环境和节点状态等因素。数据分发方案主要用于优化数据分发路径，使其尽量接近最佳路径，以减少能量消耗和网络拥塞，有效延长网络寿命。针对数据分发的三种分类，需要使用不同的数据分发方案，才能确保有

4、效的数据传输。2．1源与sink节点均固定的数据分发方案　　源与sink节点均固定的传感器网络应用最为广泛，常用于环境监测、抢险救灾、防恐反恐以及交通流量监测等，吸引了许多研究者的关注，提出了以下典型的数据分发方案：　　(1)基于外部存储的数据分发方案ES(ExternalStorage-baseddatadisseminationscheme)[1]，这是使用最广泛的一种方案，它依赖于一个位于传感器网络外部的集中式基站，该基站用于收集和存储感知数据。这种方案必须把源节点的所有感知数据传送给基站，在查询过多时，非常低效。　　(

5、2)基于数据中心存储的数据分发方案DCS(Data-CentricStorage-baseddatadisseminationscheme)[2]，事件的感知数据被存储在网络中的某些节点上，不管什么查询，数据都使用预定义的方式传送。这种方案缺乏适应性，可能会引起很多不必要的数据传输，查询效率较低。　　(3)基于本地存储的数据分发方案LS(LocalStorage-baseddatadisseminationscheme)，源节点只有收到sink节点的查询时，才发送数据给sink节点，这样可以避免传输不必要的感知数据。这种方案需

6、要一个sink-source的匹配机制，使sink节点容易找到持有所需数据的源节点，大多数采用匹配机制遵循flood-response的模式，需要在网络中泛洪某些控制消息。由于大范围的网络泛洪，可能会引起严重的网络阻塞和大量的能量消耗。(4)基于索引的数据分发方案(index-baseddatadisseminationscheme)[3]，这种方案克服了以上几种方案存在的问题。在这种方案中，负责监测某对象的源节点定期产生该监测对象的感知数据，并存储到存储节点上，存储节点可能是该源节点，也可能是邻近的某个节点。同时，存储节点的

7、位置信息(称为索引)，要增加到索引节点上。当sink节点想查询某个被监测对象产生的感知数据时，就发送一条查询消息给有关的索引节点，索引节点收到该消息后转发查询请求给相应的存储节点，由存储节点直接发送查询结果给sink节点。其基本思想如图1所示。这种数据分发方案避免了发送不需要的感知数据，也不需要把控制信息泛洪到整个网络，改善了整个系统的性能，但是增加了维护索引节点的额外费用。　　(5)多级数据分发方案(multi-resolutiondatadisseminationscheme)[4]，综合了LS和DCS数据分发方案的技术。

8、其基本思想是在数据源中选择一个头节点，代表源节点在最近的注册节点上进行注册。sink节点把查询发送到所有注册节点上，从注册节点再把查询发送到所有匹配的头节点，当头节点收到查询后，在数据源内选择一组节点进行查询。由于sink节点的位置包含在它分派的查询中，查询节点可以直接把感知