18、无线传感器网络中的最小数据聚合时间问题

无线传感器网络中的最小数据聚合时间问题

1. 引言

无线传感器网络（WSNs）由于在各种场景中的现有和新兴应用，成为了热门研究课题。它由分布在地理区域的小型传感器节点和用户可访问数据的汇聚节点组成，所有节点具备传感、数据处理和通过无线自组网相互通信的能力，能执行诸如状态维护和大面积物理量监测等任务。

与传统以地址为中心的网络不同，WSNs 本质上是以数据为中心。在一些应用中，终端用户（数据汇聚节点）希望低延迟地从传感器场提取信息，大量传感器节点给高效的数据聚合带来了独特挑战：
- 传感器节点使用低功率无线电收发器通信，数据发送者发出的数据能同时到达其传输范围内的所有邻居节点，远离汇聚节点的传感器需中间节点中继数据。
- 当多个传感器同时向一个共同邻居节点发送数据时，会发生数据冲突，该邻居节点无法接收任何数据。
- 无冲突时，接收者会将接收到的数据与自身数据融合并更新。一次发送 - 接收 - 融合 - 存储操作的时间通常归一化为 1，并行的发送 - 接收操作有助于减少网络延迟。
- 由于传感器节点众多，关注每个节点可能不切实际或耗能，用户可能更关心特定区域的综合信息。

基于高效数据聚合的各种应用，本文研究最小数据聚合时间（MDAT）问题：给定一个 WSN，其中汇聚节点 d 对传感器子集 S 上的数据感兴趣，目标是找到一个发送 - 接收调度，使 S 上的所有数据在最短时间内聚合到 d。本文强调 WSN 的几何特性，以时间效率作为评估数据聚合算法的性能指标。

2. 预备知识

2.1 模型描述

考虑到传感器设备的微型设计，假设 WSN 中的所有传感器固定且同质。具体而言，研究的 W