[论文解读] Maximizing the Lifetime of Multi-chain PEGASIS using Sink Mobility

Mohsin Raza Jafri, Nadeem Javaid+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2013

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 12被引用 75

一句话总结

本文提出了一种移动汇聚点增强的多链 PEGASIS 协议（MIEEPB），通过在预设轨迹上优化汇聚点移动路径并固定在指定位置的停留时间，以最大化无线传感器网络的寿命。该方法通过协调的多链数据聚合与受控的移动汇聚点运动，提高了能量效率，并在能量效率和网络寿命方面优于静态汇聚点的 IEEPB 协议。

ABSTRACT

In this paper, we propose the mobility of a sink in improved energy efficient PEGASIS-based protocol (IEEPB) to advance the network lifetime of Wireless Sensor Networks (WSNs). The multi-head chain, multi-chain concept and the sink mobility affects largely in enhancing the network lifetime of wireless sensors. Thus, we recommend Mobile sink improved energy-efficient PEGASIS-based routing protocol (MIEEPB); a multi-chain model having a sink mobility, to achieve proficient energy utilization of wireless sensors. As the motorized movement of mobile sink is steered by petrol or current, there is a need to confine this movement within boundaries and the trajectory of mobile sink should be fixed. In our technique, the mobile sink moves along its trajectory and stays for a sojourn time at sojourn location to guarantee complete data collection. We develop an algorithm for trajectory of mobile sink. We ultimately perform wide-ranging experiments to assess the performance of the proposed method. The results reveal that the proposed way out is nearly optimal and also better than IEEPB in terms of network lifetime.

研究动机与目标

• 通过延长网络寿命，解决无线传感器网络（WSNs）中传感器节点能量容量有限的问题。
• 通过在多链 PEGASIS 框架中引入汇聚点移动性，降低数据收集过程中的能量消耗。
• 为移动汇聚点设计固定轨迹和停留时间策略，以确保完整数据收集的同时最小化能量成本。
• 通过多链数据聚合与移动汇聚点协同，提高相对于静态汇聚点 IEEPB 协议的能量效率。
• 从网络寿命和能量效率的角度，评估所提出的 MIEEPB 协议的性能。

提出的方法

• 所提出的 MIEEPB 协议采用多链模型，传感器节点形成链路以最小化多跳传输能量。
• 移动汇聚点沿预设轨迹移动，从传感器链收集数据，从而减少长距离传输的能量消耗。
• 汇聚点在特定位置被分配固定的停留时间，以确保从所有链完整收集数据。
• 开发了一种轨迹规划算法，以优化移动汇聚点的路径并最小化移动过程中的能量消耗。
• 通过利用基于 PEGASIS 的链路形成和移动汇聚点数据收集，实现能量感知的路由。
• 在受控条件下进行系统仿真，以与 IEEPB 协议比较性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在基于多链 PEGASIS 的 WSN 中，汇聚点移动性如何影响网络寿命？
• RQ2 何种轨迹与停留时间配置能最大化能量效率和数据收集完整性？
• RQ3 所提出的 MIEEPB 协议与静态汇聚点 IEEPB 相比，在网络寿命延长方面表现如何？
• RQ4 移动汇聚点移动成本与因传输范围减小而节省的能量之间，最优平衡点是什么？
• RQ5 多链聚合与移动汇聚点移动相结合，能否显著提升 WSN 中的能量效率？

主要发现

• 所提出的 MIEEPB 协议实现了接近最优的网络寿命，显著优于 IEEPB 协议。
• 将移动汇聚点运动与多链 PEGASIS 集成，可显著降低数据收集的整体能量消耗。
• 在指定位置设置固定的停留时间，可确保完整数据收集，且无需额外能量开销。
• 轨迹规划算法有效平衡了移动成本与能量节省，从而增强了网络寿命。
• 仿真结果证实，由于能量利用效率更高，MIEEPB 比 IEEPB 更有效地延长了网络寿命。
• 该方法在受控实验条件下表现出稳健性能，验证了其能量效率和可扩展性。