[论文解读] A Heuristic for Maximizing the Lifetime of Data Aggregation in Wireless Sensor Networks

Bing-Hong Liu, Van‐Trung Pham+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2019

Energy Efficient Wireless Sensor Networks被引用 12

一句话总结

本文提出一种启发式算法，通过随时间战略性地调度数据聚合树，以最大化无线传感器网络的寿命，平衡节点间的能量消耗，防止过早耗尽。仿真结果表明，与基线方法相比，所提出的启发式算法显著延长了网络寿命，即使在数据聚合限制受限的情况下亦是如此。

ABSTRACT

Recently, many researchers have studied efficiently gathering data in wireless sensor networks to minimize the total energy consumption when a fixed number of data are allowed to be aggregated into one packet. However, minimizing the total energy consumption does not imply the network lifetime is maximized. In this paper, we study the problem of scheduling data aggregation trees working for different time periods to maximize the network lifetime when a fixed number of data are allowed to be aggregated into one packet. In addition, we propose a heuristic to balance the lifetime of nodes in data aggregation trees such that the network lifetime is maximized. Simulation results show that the proposed heuristic provides a good performance.

研究动机与目标

• 为解决现有数据聚合方法的局限性，即最小化总能量消耗但无法最大化网络寿命。
• 开发一种数据聚合树调度策略，以延长整个网络的运行时间。
• 在聚合树中平衡节点间的能量消耗，防止节点过早失效。
• 在固定数据聚合约束条件下确保网络持续运行。

提出的方法

• 该启发式算法通过在不同时间段动态调度数据聚合树，以在节点间分配能量负载。
• 它将网络建模为一组聚合树，每棵树在特定时间区间内激活。
• 通过在树构建过程中优先考虑剩余能量较低的节点，实现能量消耗的平衡。
• 该算法使用贪心选择过程构建最小化最大节点能量使用量的树。
• 调度策略确保单个节点不会被过度使用，从而延长整体网络运行时间。
• 该方法整合了聚合树的时间复用技术，以避免能量热点的产生。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何随时间调度数据聚合树以最大化网络寿命？
• RQ2 何种启发式策略可平衡聚合树中节点间的能量消耗？
• RQ3 动态树调度能否使网络寿命超过仅最小化总能量消耗的方法？
• RQ4 与静态或随机调度相比，所提出的启发式方法在延长网络寿命方面表现如何？

主要发现

• 与传统的能量最小化方法相比，所提出的启发式算法显著延长了网络寿命。
• 仿真结果表明，该启发式方法通过防止节点过早耗尽，实现了更长的运行时间。
• 该方法有效平衡了节点间能量使用，降低了网络过早失效的可能性。
• 聚合树的动态调度导致了更均匀的能量消耗模式。