一种改进的WSN数据在线恢复方案

一种改进的WSN数据在线恢复方案

祝青

【摘要】传感器节点容易发生软件或机械故障，从而导致节点数据部分或全部丢失。为保证无线传感器网络数据收集的可靠性，提出一种改进的数据在线恢复方案。采用分布式存储机制对节点数据进行冗余处理，依据节点发出的恢复请求，给出改进的多项式时间数据恢复算法，支持请求接纳控制，并对数据恢复文件块大小进行限制，可在非循环网络上取得恒定的近似率边界。理论分析与仿真实验结果表明，该方案可准确恢复网络数据，对各数据恢复请求均可实现数据恢复成本最小化。%Since the sensor nodes prone to the software or mechanical failure, this may cause the permanent data loss of some or all of the data. In order to ensure the reliability of data collection in Wireless Sensor

Network(WSN), this paper proposes an improved data online recovery scheme. The data of nodes are redundant processed by using the distributed storage mechanism, and based on the recovery request sent by the sensors, a constant approximation competitive ratio polynomial time data recovery algorithm is proposed, which can have the low complexity competitive ratio when admission control is allowed, and the size of recovery pieces is constrained, and achieves the constant approximation ratio bound in acyclic networks. Analysis and simulation experimental results show that the proposed algorithm can recover network data exactly and attain minimum recovery cost for any recovery request.

【期刊名称】《计算机工程》

【年(卷),期】2014(000)003

【总页数】6页(P6-11)

【关键词】传感器节点;节点故障;数据恢复;分布式存储;近似率;成本

【作者】祝青

【作者单位】湖南城市学院信息科学与工程学院，湖南益阳 413000

【正文语种】中文

【中图分类】TP393

无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)节点的可靠性给网络数据存储带来了巨大挑战，使用的大量节点很有可能发生软件或机械故障，这些故障可能造成数据部分或全部丢失。为保证数据安全性，每个节点可以在其他节点上保存数据，虽然存在数据冗余度，但可以使用复制或纠删码来克服冗余问题[1]。通过与一定

数量的节点通信，sink可以重建任意节点的数据。

考虑对部分数据进行分布式存储的一组节点，该组节点中任意一个节点发生故障，都会降低数据的冗余度。然而，如果向网络中加入新的节点，则从一定数量的活跃节点下载部分数据，便可以恢复数据的冗余度。这一恢复过程称为再生。当然，如果故障没有导致数据丢失，则不需要数据重建[2]。恢复能力是指在任意给定时间，网络恢复请求总体数量。恢复能力的主要限制因素是节点能量储备：需要处理的恢复请求越多，参与处理该请求的节点就需要消耗更多的能量。最后，可能导致没有足够数量的节点具有足够多的能量来接受更多的请求。对某恢复请求，如网络部分节点处理该请求消耗的能量超出阈值，则实现恢复能力最大化的算法拒绝这样的请求。将离线oracle算法[3-4]能够实现的最大恢复能力与在线算法恢复能力之比定

义为竞争比。

本文将数据重建和再生统称为数据恢复，并提出一种可以实现数据恢复能力最大化的在线算法。

对各种在线算法，如果它缺失请求接纳控制和数据恢复文件块大小上限，可能导致竞争比恶化至，其中，为网络规模。如图1所示，各数据恢复算法的竞争比至少

为O(n)，假设节点，发出恢复请求，且只需一个节点就可以处理恢复请求。如果

除了客户端的所有节点均可处理请求，则很显然节点1可以是任意请求的服务器，原因是各数据恢复文件块均需通过节点1。设链接的传输成本等于节点1初始能量与数据恢复文件块大小之比。设对所有，链接的传输成本和数据恢复文件块均为1个单位。假设以升序发出恢复请求，节点1首先为节点2处理请求。接受节点2

请求的各种在线算法，将会因为该恢复任务消耗节点1的能量，导致无法接受其

他恢复请求。相反，如果拒绝节点2的请求，则恢复能力为，此时节点1将能处

理节点的请求。

无线传感器网络中的数据恢复问题是目前研究的热点问题，它对于保证数据收集的可靠性具有重要影响。相继有众多研究者提出一系列用于数据恢复的方法，如文献[5]为提高无线传感器网络数据压缩感知中恢复算法的实时性，提出一种基于二次

规划的无线传感器网络数据恢复算法。该算法将压缩感知重构中的欠定线性方程组求解转化为有界约束二次规划问题，在此基础上结合阿米霍步长准则对二次规划进行求解，从而对网络数据进行恢复。理论分析和仿真结果表明，所提算法可准确恢复网络数据，并且相比传统压缩感知恢复算法，可明显降低数据恢复的计算复杂度，有效提高网络数据恢复算法的实时性；文献[6]为减小无线传感器网络数据传输过

程中相关性发生变化对压缩感知重构精度的影响，提出一种相关性自适应的网络数据重构方法。该方法首先通过迭代对待重构数据的相关性进行估计，进而采用支集元素的两步相关检验方法对网络数据稀疏系数向量中非零元素进行重构，最终得到