5、高速低延迟数据收集的聚合协议解析

高速低延迟数据收集的聚合协议解析

1. 协议对比与模拟基础

在数据收集领域，单播和广播两种基础协议有着不同的性能表现。为了深入了解它们的特性，我们主要采用模拟的方法进行对比。在模拟过程中，不预设特定的聚合函数，而是考虑两种极端情况：
- 情况一 ：传感器数据可聚合为大小与聚合值数量无关的数据包。此情况适用于对重复值不敏感的聚合函数，如“最大值”。若能识别并过滤包含在多个聚合中的重复项，对重复值敏感的聚合函数（如“平均值”）也适用。
- 情况二 ：所需数据包大小随聚合值数量线性增加。

这两种情况哪种更符合现实，取决于传感器值和标识符在聚合中能被高度压缩编码的程度。模拟结果显示，对于固定大小的数据包，广播协议在支持更高采样/收集率的同时，能实现更低的收集延迟，尤其在同步聚合时性能提升显著。然而，当数据包大小随聚合值数量线性增加时，广播协议并无明显性能优势。

2. 同步聚合协议

2.1 单播同步协议

单播同步协议是TAG中原始同步聚合协议的变体。聚合操作基于以接收器为根的树结构进行。传感器按周期t进行读数，不同树层的节点根据与接收器的距离，被分配到不同的传输时间间隔。每个节点i知晓其到接收器的跳数$h_i$和树中的最大跳数H，从而选择自己的传输间隔。

在每一轮j中，节点i在0到$\lambda I$（$0 ≤ \lambda ≤ 1$）之间选取随机值$r_j^i$，聚合本轮收到的数据，并在$T_0 + t(j - 1) + (H - h_i)I + r_j^i$时刻发送数据包。研究表明，在$\lambda I$内随机化传输比