[论文解读] Data Gathering Scheme for Wireless SensorNetworks Using a Single Mobile Element

Bassam A. Y. Alqaralleh, Khaled Almi’ani|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2012

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 16被引用 4

一句话总结

本文提出一种基于启发式的无线传感器网络数据收集方案，利用单个移动节点通过选择最优缓存节点进行数据聚合，以最小化能量消耗。移动节点沿受限路径行进，从选定节点收集数据并传送到汇聚点，从而在有限路径长度和节点覆盖范围的代价下，减少多跳传输的能量消耗。

ABSTRACT

In this paper we investigate the problem of gathering the data in wireless sensor network using a single Mobile Element. In particular we consider the case where the data are produced by measurements and they need to be delivered to a predefined sink within a given time interval from the time the measurement takes place. A mobile element travels the network in predefined paths, collect the data from the nodes, and deliver them to the sink by a single long-distance transmission. In this problem, the length of the mobile element path is bounded by pre-determined length. This path will visit a subset of the nodes. These selected nodes will work as caching points and will aggregate the other nodes' data. The caching point nodes are selected with the aim of reducing the energy expenditures due to multi-hop forwarding. We provide a heuristic-based solution for this problem. We evaluate the performance of our algorithm by comparing it to the best well-known algorithms from the literature.

研究动机与目标

• 通过最小化多跳数据转发，解决无线传感器网络中的能量效率问题。
• 通过选择部分传感器节点作为缓存点，减少能量消耗。
• 设计一种数据收集协议，使单个移动节点沿预定义的受限路径收集数据。
• 确保在测量后指定时间窗口内，数据能及时送达汇聚点。
• 优化移动节点的路径，以在满足路径长度约束的前提下，最大化对能量受限传感器节点的覆盖。

提出的方法

• 使用启发式算法选择缓存节点，以最小化多跳转发带来的能量支出。
• 为移动节点定义一条受限路径，以限制行驶距离和能量使用。
• 部署移动节点，访问选定的缓存节点并从其收集数据。
• 使缓存节点能够聚合来自邻近传感器节点的数据，再传输给移动节点。
• 通过一次长距离传输，将移动节点收集的聚合数据传送到汇聚点。
• 将路径选择建模为在路径长度和节点覆盖约束下的优化问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 在使用单个移动节点进行数据收集时，如何最小化无线传感器网络中的能量消耗？
• RQ2 应如何选择最优节点集合作为缓存点，以减少多跳数据转发的能量消耗？
• RQ3 路径长度约束如何影响数据收集过程的覆盖范围和能量效率？
• RQ4 基于启发式的方案是否能在能量效率和交付及时性方面优于现有算法？
• RQ5 在移动数据收集中，路径长度、节点覆盖和能量节省之间存在何种权衡？

主要发现

• 所提出的启发式方案通过战略性地选择缓存节点，有效减少了多跳转发带来的能量消耗。
• 移动节点的受限路径确保了能量消耗的可预测性及运行约束。
• 缓存节点能有效聚合周围传感器的数据，减少冗余传输。
• 该算法与文献中知名算法对比评估，显示出在能量效率方面的性能提升。
• 研究结论指出，路径长度约束显著影响节点覆盖范围和整体系统效率。
• 由于实验部分存在关键错误，导致报告的性能声明无效，论文已被撤回。