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传感网中时延受限的移动式数据收集方法综述

更新时间：2019-12-25 17:55:47 大小：2M 上传用户：zhiyao6查看TA发布的资源 标签：传感网移动式数据收集 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

数据收集是无线传感器网络中研究的热点问题之一,然而在传统的无线传感器网络中,基站附近的节点由于承担了大量数据转发任务而导致自身能量过早耗尽,缩短了网络的生命期.不少研究通过引入能量较为充足的移动性节点来收集数据,以节省普通传感器节点的能量,但是却导致了数据收集时延过大,如何在保证数据收集时延的前提下最大化网络生命期已成为近几年研究的热点问题.对目前主要的时延受限的移动式数据收集方法进行了充分调研,通过对这些方法的详细分类和比较,归纳了时延受限的移动式数据收集的各类方法的特点,分析了这些方法的优缺点和适用范围,总结了存在的主要问题,并指出了未来的研究方向.


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：
ＤＯＩ１０．７５４４ｉｓｓｎ１０００１２３９ ．２０１７ ．２０１５０９５３  
－
计 算 机 研 究 与 发 展  
?
（）： ，  
５４３ ４７４４９２ ２０１７  
－
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍ ｕｔｅｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏ ｍｅｎｔ  
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传感网中时延受限的移动式数据收集方法综述  
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王文华  
王
田
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王国军  
贾维嘉  
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华侨大学计算机科学与技术学院 福建厦门  
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３６１０２１  
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２
３
（
）
广州大学计算机科学与教育软件学院 广州  
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５１０００６  
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（
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上海交通大学电子信息与电气工程学院 上海  
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２００２４０  
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ｓｗａｎ ｗｅｎｈｕａ １２６．ｃｏｍ  
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Ｓｕｒｖｅ ｏｆＤｅｌａ ＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈＭｏｂｉｌｅＥｌｅｍｅｎｔｓｉｎＷＳＮｓ  
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Ｗａｎ Ｗｅｎｈｕａ Ｗａｎ Ｔｉａｎ ＷｕＱｕｎ Ｗａｎ Ｇｕｏｕｎ ａｎｄＪｉａＷｅｉｉａ  
３
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１
２
３
（
，
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ＨｕａｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｘｉａｍｅｎ Ｆｕｉａｎ３６１０２１  
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Ｃｏｌｌｅｅｏ Ｃｏｍ ｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ  
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Ｓｃｈｏｏｌｏ Ｃｏｍ ｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｄｕｃａｔｉｏｎａｌＳｏｔｗａｒｅ Ｇｕａｎ ｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｇｕａｎ ｚｈｏｕ５１０００６  
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Ｓｃｈｏｏｌｏ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎ ｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎ Ｓｈａｎ ｈａｉＪｉａｏＴｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｓｈａｎ ｈａｉ２００２４０  
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Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｈｏｔｔｏｉｃｓｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｗｉｒｅｌｅｓｓ  
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ｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ ｔｈｏｓｅ ｓｅｎｓｏｒ ｎｏｄｅｓ ｎｅａｒｔｈｅ ｓｉｎｋ ｗｉｌｌ ｄｅｌｅｔｅ ｔｈｅｉｒ ｅｎｅｒ  
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ｒｅｍａｔｕｒｅｌ ｆｏｒ  
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ｆｏｒｗａｒｄｉｎ ｄａｔａｓｅｎｓｅｄｂ ｂｏｔｈｔｈｅｍｓｅｌｖｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｎｏｄｅｓ ｗｈｉｃｈｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｅｎｅｒ ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋａｎｄ  
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ｓｈｏｒｔｅｎｓｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆ ｗｈｏｌｅｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｏｓａｖｅｔｈｅｅｎｅｒ ｏｆｓｅｎｓｏｒｓｉｎｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒ  
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，
ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｍｏｂｉｌｉｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｌｌｅｃｔｄａｔａｉｎａｌｏｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｓｉｎｃｅｔｈｅｉｒｅｎｅｒ  
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，
ｃａｎｂｅｒｅｌｅｎｉｓｈｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｍｏｂｉｌｉｔ ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔ ｏｆｔｈｅｍｏｂｉｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｓｓｌｏｗ ｗｈｉｃｈ  
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，
ｍａ ｌｅａｄｔｏｌｏｎ ｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｄｅｌａ ．Ｔｏａｄｄｒｅｓｓｔｈｉｓ ｒｏｂｌｅｍ ｔｈｅ ｒｏｂｌｅｍｏｆｈｏｗｔｏｍａｘｉｍｉｚｅｔｈｅ  
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ｎｅｔｗｏｒｋｌｉｆｅｔｉｍｅ ｗｈｉｌｅ ｕａｒａｎｔｅｅｉｎ ｔｈｅｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｄｅｌａ ｂｅｉｎ ｌｅｓｓｔｈａｎａｃｅｒｔａｉｎｖａｌｕｅｈａｓ  
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，
ｂｅｃｏｍｅａｈｏｔｔｏｉｃ．Ｉｎｔｈｉｓ ａｅｒ ｗｅｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｔｈｉｓｋｉｎｄ ｏｆｄｅｌａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  
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ｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈｍｏｂｉｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｗｅｆｉｒｓｔｓｕｍｕ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｄｅｌａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  
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ｍｏｂｉｌｅｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｖｉａａｎｏｖｅｌｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｍ ａｒｅｄｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ  
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，
，
ａｃｃｏｒｄｉｎ ｔｏａｓｅｒｉａｌｏｆｋｅ ａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ ｗｅａｎａｌｚｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｓ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｅｓａｎｄｔｈｅ  
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，
，
ａ ｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｏｅｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｔｈｅｍａｉｎ ｒｏｂｌｅｍｓｔｏｂｅａｄｄｒｅｓｓｅｄ ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒ ｏｉｎｔ  
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ｏｕｔｔｈｅｆｕｔｕｒｅｏｕｔｌｏｏｋｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａ ｌｉｃａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．  
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ꢀ ꢀ  
； ； ；  
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ ｍｏｂｉｌｅｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｄｅｌａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｅｎｅｒ ｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  
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；
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ｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｎｅｔｗｏｒｋｓ  
ꢀ ꢀ  
， ，  
数据收集是无线传感器网络中研究的热点问题之一 然而在传统的无线传感器网络中 基站附  
摘
要
ꢀ
ꢀ
，
近的节点由于承担了大量数据转发任务而导致自身能量过早耗尽 缩短了网络的生命期 不少研究通过  
．
， ，  
引入能量较为充足的移动性节点来收集数据 以节省普通传感器节点的能量 但是却导致了数据收集时  
：
；
修回日期  
２０１５ １１ ０３  
：
收稿日期  
－
－
－ －  
２０１６ ０６ １３  
ꢀ
： “ ”  
基金项目 国家 九七三 重点基础研究发展计划基金项目  
（
）；  
国家自然科学基金项目  
（ ， ， ）；  
福建  
６１５３２０１３ ６１５７２２０６ ６１２０２４６８  
２０１５ＣＢ３５２４０１  
ꢀ
（
）；  
华侨大学研究生科研创新培育项目  
（
）
省自然科学基金项目  
２０１４Ｊ０１２４０  
１４００２１４０１９  
（ ）（ ），  
Ｔｈｉｓｗｏｒｋｗａｓｓｕ ｏｒｔｅｄｂ ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｒａｍｏｆＣｈｉｎａ ９７３Ｐｒｏｒａｍ ２０１４ＣＢ３４０５０１ ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌ  
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，
，
ＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ ６１５３２０１３ ６１５７２２０６ ６１２０２４６８ ｔｈｅ ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＦｕｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅｏｆＣｈｉｎａ  
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），  
（
），  
（
２０１４Ｊ０１２４０ ａｎｄｔｈｅＦｏｓｔｅｒＰｒｏｅｃｔｆｏｒＧｒａｄｕａｔｅＳｔｕｄｅｎｔｉｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＨｕａｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔ １４００２１４０１９ ．  
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）
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通信作者 王田  
（ ＿ ）  
ｃｓｔｉａｎｗａｎ １６３．ｃｏｍ  
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ꢀ
：
王文华等 传感网中时延受限的移动式数据收集方法综述  
４７５  
，
延过大 如何在保证数据收集时延的前提下最大化网络生命期已成为近几年研究的热点问题 对目前主  
．
， ，  
要的时延受限的移动式数据收集方法进行了充分调研 通过对这些方法的详细分类和比较 归纳了时延  
， ，  
受限的移动式数据收集的各类方法的特点 分析了这些方法的优缺点和适用范围 总结了存在的主要问  
，
题 并指出了未来的研究方向  
．
； ； ； ；  
无线传感网 移动式数据收集 时延限制 能量优化 网络生命期  
关键词  
ꢀ
中图法分类号  
ＴＰ３９３  
ꢀ
、
随着微型传感技术 嵌入式计算技术和无线通  
ꢀꢀ  
，
信技术的发展 融合了这 种技术的无线传感器网  
３
时延受限的移动式数据收集问题概述  
１
ꢀ
（
，
）
引起 了 人 们  
ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ ＷＳＮｓ  
络
ꢀ
ꢀ
［］  
１
问题描述  
１．１  
ꢀ
、
由具有感知 存储和数据处理  
的广泛关注  
．ＷＳＮｓ  
由带有无线射频发射模块和数据感知模  
ＷＳＮｓ  
，
能力并能进行短距离无线通信的传感器节点组成  
，
块的传感器节点组成 节点能实现环境信息的感知  
、
、 、 、 、  
在国防军事 国家安全 智能交通 环境监测 反恐抗  
［ ］  
１５  
［
］
２３  
－
、
存储 融合以及短距离无线通信等操作  
其数据  
．
灾等中显示出广阔的应用前景  
传感网集数据收  
．
：） ；）  
从环境中感知 采集数据 将  
２
、
收集的过程包括  
１
、 ，  
集 处理和传输等功能于一体 扩展了人们信息获取  
［ ］  
１６  
； ）  
发送数据至基站  
３
数据进行简单处理或存储  
．
， 《 》  
的能力 被美国 商业周刊 认为是  
世纪最具影响  
２１  
［］  
４
“ ” ，  
为了解决 热点 和能量空洞问题 研究者引入了移  
力的  
项技术之一  
传感器节点一般采用电池供  
．
２１  
［
］
１７  
，
这种借助移动性节点进行数据收集的  
［
］
５６  
－
动性节点  
， ，  
电 由于其体积微小 所携带的能量十分有限  
传
．
模式被称为移动式数据收集 但由于节点移动速度  
．
，
中节点是静止不动的 节点采集到的数据  
统
ＷＳＮｓ  
， ，  
缓慢 导致数据收集时延增大 限制了其在实时性要  
，
需要通过多跳转发给基站 基站周围的节点由于要  
［ ］  
１８  
求较高的网络中的应用  
因此如何在保证较低时  
．
，
承担更多的通信负载而过早耗尽能量 导致基站周  
（ ）  
延 如不超过一个阈值 的基础上延长网络生命期成  
［］  
７
围出现能量空洞  
能量空洞的出现使节点采集到  
．
，
为近年来研究的热点 即时延受限的移动式数据收  
，
的数据无法再传输给基站 由此造成网络分割甚至  
［
］
１９２０  
－
集
本文作者在移动式数据收集领域中做了大  
．
［］  
８
，
成为制约传感网应  
，
失效 大大缩短了网络生命期  
，
量的研究 在文献  
［ ］ （  
中设计了  
ＲＤ ＶＴ ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ  
－
［］  
９
，
２１  
，
用的瓶颈  
量的浪费  
同时网络中遗留大量能量资源 造成能  
） ，  
算法 在网络中寻找最优  
ｄｅｓｉｎｆｏｒｖａｒｉａｂｌｅｔｒａｃｋｓ  
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ꢀ
．
；
的汇聚节点集合来缩短基站移动路径 在文献  
［ ］  
１９  
尽管一些研究采用多级传输半径和节点非均匀  
，
中给出了时延受限的移动式数据收集的典型例子  
如图 所示 节点将采集到的数据转发给汇聚节点  
，
分布的方法来尽可能地均衡节点能耗 但是能量空  
１
．
［ ］  
１０  
洞问题仍然存在  
为最大限度地解决传感网中的  
．
，
进行融合并缓存 数据收集器遍历汇聚节点收集数  
“ ” ，  
热点 和能量空洞问题 研究人员引入了移动性节  
，
据 为了达到时延要求 收集器在  
．
（
内 预先设  
２０ｍｉｎ  
［
］
１１１２  
－
，
相对于一般节点 这些移动性节点的通信能  
．
点
） ，  
定的时延限制条件 访问汇聚节点一遍 收集缓存在  
，
力和计算能力都较为强大 且其能量相对比较充足  
，
，
汇聚节点中的数据 最后返回并将数据交付给基站  
．
， ，  
可以协助收集数据 从而降低节点能耗 延长网络生  
，
命期 但是由于网络的规模一般较大 移动节点的移  
．
，
动速度远小于数据转发速度 使得数据收集的时延  
［ ］  
１３  
，
在很多实际应用中 需要在一定的时延范  
．
增大  
，
围内将采集到的数据转发到基站 否则这些数据信  
［ ］  
１４  
，
因此 如何在规定的时延之内将  
息将毫无意义  
采集到的数据转发给基站 同时最小化节点能耗成  
为研究的关键问题 本文对时延受限的移动式数据  
．
，
．
，
收集方法进行了分析和总结 提出了该领域当前存  
，
在的问题和挑战 并指出了将来需要重点关注的研  
Ｆｉ ．１ Ｄｅｌａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｏｂｉｌｅｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  
ｇ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ  
ｙ
－
究方向  
．
图
时延受限的移动式数据收集  
１
ꢀ

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