PPT讲稿-集中式数据采集与通讯的无线传感器网络

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,集中式数,据,据采集与,通,通讯的无,线,线传感器,网,网络,摘要：,本文介绍,了,了一种集,中,中式的数,据,据采集和,通,通讯的无,线,线传感器,网,网络。这,种,种方法是,观,观察了自,然,然界中蚂,蚁,蚁的觅食,行,行为而产,生,生的，在,基,基站和传,感,感器节点,中,中，我们,根,根据其不,同,同的功能,和,和性能，,明,明确的划,分,分各自任,务,务。蚁,群,群优化方,法,法是为了,让,让传感器,节,节点传输,收,收集到的,数,数据而在,基,基站中形,成,成的一条,近,近优链。,无,无论传感,器,器网络拓,扑,扑结构产,生,生任何微,小,小改变，,传,传感器网,络,络器节点,都,都能形成,一,一条自适,应,应的双向,链,链式结构,。,。当基站,建,建于传感,器,器节点附,近,近的时候,，,，仿真结,果,果表明，,我,我们称之,为,为蚂蚁链,(antchain),的进化算,法,法，在能,量,量利用效,率,率，数据,完,完整性和,存,存活时间,方,方面远优,于,于其他协,议,议。,1,绪论,1,、,1,绪论,随着微电,子,子技术,(microelectronics),数字信号,处,处理技术,(digitalsignalprocessing),和无线通,讯,讯技术,(wireless communication),的发展，,无,无线传感,器,器网络,(wireless sensornetwork(WSN),被广泛应,用,用于车辆,跟,跟踪（,vehicletracking,），栖息,地,地监测（,habitatmonitoring,），森林,监,监测,(forestsurveillance),，地震监,测,测,(earthquakeobservation),，土壤条,件,件监测,(soil conditionmonitoring),等方面。,一,一个,WSN,通常包括,许,许多传感,器,器节点，,这,这些微小,的,的节点通,常,常由电池,供,供电，可,用,用于检测,信,信号，通,讯,讯、计算,和,和提供能,量,量。,(A WSN usually consistsof alarge number ofsensornodes.Thesetiny sensornodes,often powered bybattery,have the capabilitiesof sensing,communicating,computingandpower supplying.),电池供电,的,的传感器,节,节点，其,消,消耗的能,量,量主要用,来,来完成三,项,项任务：,检,检测信号,，,，计算和,通,通讯，其,中,中通讯是,最,最消耗能,量,量的一项,任,任务。,(Battery-supplied sensornodes needto consume energy for threemaintasks:Sensing,computationandcommunication,among whichcommunication oftencosts asignificantportionof energy),本文介绍,了,了三种方,法,法，一、,Heinzelman,提出的自,适,适应聚类,分,分层法,“,Low-Energy AdaptiveClustering Hierarchy,”,”(,LEACH,),，二、,PEGASIS,改进,LEACH,方法后提,出,出的,PEGASIS,方法，三,、,、也就是,本,本文提出,的,的蚂蚁链,算,算法,(,AntChainalgorithm,),通过比较,三,三种方法,的,的优缺点,，,，和仿真,结,结果说明,哪,哪一种方,法,法更好,效率高，,节,节能，路,径,径最短等,。,1.2,蚂蚁链算,法,法,(,AntChainalgorithm,),In the AntChainalgorithm,the basestationusesanefficient optimization method,the ant colony optimization,to forma chain;thechain information is then broadcasted to sensornodes as theirroutinginformation.Three differentchain schemes are providedfordatagathering in orderfortheWSNto dealwithdifferent situations.In particular,the bi-direction AntChainis self-adaptivetoanyminor topological changes;the simple uni-directionAntChainisusedforlimitedroundsof data-gathering;the querychain is used to gatherdata from anumberof interested/targeted sensor nodes.After receivingthechain information and the chaintype,sensor nodesworkindependently for theirdata-gatheringtask.The simulationresultsshow that the AntChainscheme performsmuchbetterthanPEGASISandLEACH in termsof energy efficiency,lifetime,datequalityandreliability.,利用,antchain,算法，,基,基站使,用,用一种,有,有效率,的,的优化,方,方法,-,蚁群优,化,化法，,形,形成一,条,条信息,链,链,;,链上的,每,每一点,都,都代表,一,一个传,感,感器节,点,点，可,以,以把他,们,们向外,广,广播的,信,信息作,为,为其路,由,由信息,。,。根据,WSN,的变化,，,，有三,条,条链分,别,别处理,不,不同情,况,况下的,数,数据收,集,集。一,、,、双向,链,链，无,论,论网络,拓,拓扑结,构,构发生,任,任何微,小,小的变,化,化，都,可,可以自,动,动调整,适,适应；,二,二、单,向,向链，,用,用于处,理,理有限,圈,圈数的,数,数据收,集,集；三,、,、查询,链,链是用,来,来从一,些,些感兴,趣,趣的,/,有针对性的,传,传感器节点,上,上收集数据,。,。在收到信,息,息链和链型,之,之后，传感,器,器节点独立,完,完成他们的,数,数据收集任,务,务工作，三,条,条链的应用,方,方式如图一,所,所示。,Fig.1.Sensornetwork architectures when itusesdifferentchainschemes,名词解释：,Ant ColonyOptimization(ACO),蚁群优化法,travelingsalesman problem(TSP),旅行者问题,max-min ant system(MMAS),极端蚂蚁系,统,统,1.,3,蚁群优化法,Ant ColonyOptimization(ACO),For aWSN,after oneround ofdata-gathering,related sensornodes need tosendthe collected data to thebasestation,either directlyor indirectly.It is often too time-consuming tosolvethisleast energy cost problem especially when consideringa large numberof sensornodes.Wesimplify this problem into a typical TSPproblem,in which the cost betweenanytwo sensornodes(cities)is the energyneeded forwirelessradiotransmission(the amountof energyneeded for receiving isonlyrelated tohardwareand package size,which are assumedto be constant).According totheradiopropagation theory,theenergy needed can beroughly modeled asa power law functionof the distance betweenthe transmitterandreceiver.,ACO,最早应用于,解,解决旅行者,问,问题，对于,WSN,，每经过一,轮,轮数据收集,，,，传感器节,点,点的信息，,无,无论直接或,者,者间接，都,要,要传送到基,站,站那里去，,但,但当网络很,庞,庞大的时候,，,，所消耗的,时,时间是很大,的,的，所以这,里,里把,WSN,简化成一个,旅,旅行者问题,，,，任何两个,节,节点之间通,讯,讯所消耗的,能,能量看成是,旅,旅行者在城,市,市之间旅行,的,的费用，根,据,据无线电理,论,论，发射机,和,和接收机的,之,之间的距离,可,可以等价于,通,通讯所需要,的,的能量，能,量,量越大，距,离,离越大。,基于以上的,假,假设，这里,提,提出了一种,算,算法,-,蚂蚁链算法,，,，基站在这,里,里起着至关,重,重要的作用,，,，每个传感,器,器节点都是,根,根据基站发,送,送的命令运,行,行的，每个,节,节点都可自,行,行的比较选,择,择一条适合,的,的数据收集,链,链，然后自,动,动配置。,1.4,单向,antchain,和双向,antchain,单向,antchain,是一个简单,的,的链式结构,，,，在数据采,集,集过程，其,中,中的每一个,节,节点都以同,一,一个方向向,其,其隔壁的节,点,点传输数据,，,，如图二所,示,示。,Fig.2.Data gathering inuni-direction,双方向,antchain,是一个自适,应,应的链结构,，,，传感器节,点,点可以双向,的,的向其隔壁,节,节点传送数,据,据，如图三,所,所示。,Fig.3.Data gathering inbi-direction AntChain,其中应用双,向,向链的有利,之,之处是，一,个,个双向,antchain,链，它能够,探,探测到死亡,的,的传感器节,点,点。任何节,点,点,i,都要接收隔,壁,壁两个节点,(i+1,i-1),传输过来的,信,信息，当某,一,一时刻只接,到,到一个节点,的,的信息时，,就,就可以判断,是,是哪个一个,节,节点死亡了,，,，然后节点,i,向基站发送,信,信号，说明,节,节点的死亡,，,，基站再发,送,送命令让节,点,点,i,重新自我,配,配置。,Theadvantage ofemploying abi-direction AntChain scheme for regular data collection isthat itisabletodetect the deat