45、无线传感器网络高效查询处理与可靠地理路由技术

无线传感器网络高效查询处理与可靠地理路由技术

1 无线传感器网络时间同步优化

无线传感器网络具有动态性，新节点不断加入，旧节点频繁死亡，静态时间同步在这种环境中不可行。频繁运行时间同步技术会消耗网络能量，缩短网络寿命。准确的时间同步能减少节点间的时间偏移，从而得到更准确的查询结果。但随着网络规模增大，时间同步技术的性能会下降，原因是从基站到远程节点的跳数增加。为解决这个问题，可以提高网络节点的功率水平，减少跳数，但这会增加能量消耗。

1.1 时间同步优化器

为了在时间同步精度和能耗之间取得平衡，开发了一个参数化优化器。用户输入基站系统时间和网络中某节点系统时间之间可接受的时间偏移量（Δ），优化器会选择一个网络树拓扑，使能耗（E）最小，同时实现的时间偏移量 Δ′ ≤ Δ。总能耗 E 的计算公式为：
[E = \sum_{u\in T} e \cdot h_u]
其中，(T) 是用于时间同步的拓扑树，(h_u) 是节点 (u) 到基站的跳数，(e) 是单跳消耗的能量。实现的时间精度 Δ′ 取决于网络中最大的 (h_u)，即 (\Delta’ = \mu \max_{u\in T} h_u)，其中 (\mu) 是单跳引入的时间偏移。

1.2 实验研究

实验采用高度为 5 的完全二叉树，不同层级的无线电功率设置如下：
| 到达上级的层级数 | 无线电功率设置（I） |
| ---- | ---- |
| 1 级 | (I = p) |
| 2 级 | (I = p + \frac{p}{3} = \frac{4p}{3}) |
| 3 级 | (I = p + \frac