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大型规模无线传感器网络的两层数据传播模型

摘要水槽的流动性带来的大规模传感器网络的新挑战。这表明，每个移动接收器的位置信息可以通过不断地传播传感器ELD不断更新与未来的转发数据报告的方向的所有传感器节点。从多汇不幸的是频繁的位置更新会导致两者在无线传输传感器的有限的电池供电，并增加碰撞过多的流失。在本文中，我们描述TTDD ，一个两层数据发布方式，提供了可扩展，高效的数据传递到多个移动接收器。在TTDD每个数据源主动构建了一个网格结构，使移动汇到被洪水只查询本小区内连续收到在移动数据。TTDD的设计利用了这一传感器节点是固定的，位置感知，构建和维护电网结构，低开销。我们通过两个分析和广泛的模拟实验评估TTDD性能。我们的研究结果表明，TTDD有效地处理多种移动与汇性能与固定汇媲美。

图一传感器网络的例子。士兵使用传感器网络来检测油箱的位置。

1 引言

在超大规模集成电路的最新进展，微处理器和无线通信技术使成千上万的小型传感器甚至几万，或分布在广阔的视场，获得NE颗粒，高精度遥感数据的大规模传感器网络的部署。这些传感器节点通常由电池供电，并通过无线信道进行通信。

本文研究了可扩展性和高效的数据传播的问题，大规模传感器网络免受潜在的多个源可能有多个，移动接收器。在这项工作中一个源被定义为检测到的刺激，这是一种目标或感兴趣的事件，并产生数据报的刺激的传感器节点。一个接收器被定义为收集来自传感器网络的这些数据报告给用户。刺激物的数量和该接收器的可能随时间变化。例如，在图1中，一群士兵部署在战场传感器网络收集箱的运动信息。围绕一个罐中的传感器节点检测到它并彼此协作，以聚合数据，并且他们中的一个产生的数据报告。该士兵们收集这些数据的报告。在本文中，我们考虑只取得固定的传感器节点组成的网络，而接收器可以动态地改变它们的位置。在上面的例子中，士兵可以左右移动，并且必须能够连续地接收数据的报告。

水槽的流动性带来的大规模传感器网络的新挑战。尽管一些数据传播协议已经制定了传感器网络近来，诸如定向扩散[10]，声明式路由协议[5]和抢[20]，他们都认为，每个移动接收器需要在整个传感器不断地传播它的位置信息ELD，使所有传感器节点得到更新与发送数据报告的方向。然而，从多个接收器频繁的位置更新可以导致在无线传输及传感器的有限的电池供电的快速功率消耗都增加了碰撞。没有一个现有的方法提供了一个可扩展的有效解这个问题.

在本文中，我们描述TTDD，一个两层数据发布方式，以解决多个移动接收器的问题。而不是从每个传播查询信息沉到所有的传感器来设置数据的转发信息，TTDD设计采用网格结构，使得只有位于网格点的传感器需要获取转发信息。当检测到一个刺激，而不是被动地等待来自接收器的数据的查询，所采取的大部分现有的工作，数据源主动的方法构建了一个网格结构在整个传感器字段，并设置在最接近的网格点（以下称为传播节点）与传感器之间的转发信息。有了这个网格结构的地方，从一个水槽查询穿越两个层次，达到一个来源。下层是水槽的当前位置（以下称为细胞）的局部方格内，具有较高的层次是在网格点所做的传播节点。水槽洪水在细胞内的查询。当所请求的数据最接近的传播节点接收到查询时，它查询转发到它的上游传播节点向源，这在原来向前进一步查询，直到它到达的源或一个传播节点已经从接收数据源（例如当从其他接收器的请求）。这个查询转发过程规定的路径的信息发送给接收器，以使从源数据来遍历相同两层的查询，但以相反的顺序。

TTDD的设计利用了一个事实，即传感器节点是固定和位置感知。由于传感器被假定知道它们的位置，以标记遥感数据[1,8，18]，而且由于传感器的位置是静态的，TTDD可以使用简单的贪婪地理转发到构建和维护电网结构具有低开销。随着电网结构为每个数据源，从多个移动水槽查询当地的细胞内只限于，从而避免过多的能量消耗和网络过载来自全球的洪水由多个接收器。当一个接收器移动超过一个单元格大小远离它以前的位置，它执行数据查询的另一个地方水浸，将达到一个新的传播节点。沿着它的方式向源这个查询将停止在一个已经从源接收数据的传播节点。这种传播节点，然后将数据转发下行，最后到接收器。以这种方式，甚至当接收器连续地移动，更高层次的数据转发增量变化和接收器可以接收数据，而不会中断。此外，由于数据源的发车点只有那些传感器（作为传播节点）参与其数据发布，其他传感器从维护国家松了一口气。因此TTDD可以有效地扩展到了大量的源和汇。

本文的其余部分安排如下。第2节介绍了主要设计，包括电网建设，这两个层的查询和数据转发，和电网维护。第3节分析了通信开销和国家复杂TTDD，并与其他水槽为导向的数据发布的设计进行比较。仿真结果示于第4评估我们设计的有效性和分析的重要参数的影响。我们讨论了几个设计问题在第5和第6节的相关工作进行比较。第7节总结全文。

2 两层数据分布

2.2前3段当一个传播点落在虚空区域不含任何传感器节点，数据公布的传播可能会停止对无效区域的边界。但传播可以沿网格的其他路径继续到处去虚空区域，因为每一个传播节点转发数据公布给所有其他三个宣传点。只要电网未分区，数据公布将通过采取替代路径绕过无效.

我们选择建立在网格上的每个源的基础上，使不同来源的招募组不同的传播节点。这种设计选择增强的可扩展性，并提供负载平衡和更好的鲁棒性。当有许多来源，只要它们的网格不重叠，一个传播节点仅具有关于一个或几个源的状态。这使得TTDD扩展到大量的资源。我们将分析复杂的状态中第3.3节。此外，每个源栅格有效地分配不同的传感器节点之间的数据分发负载，以避免瓶颈。这是通过一个事实，即每个传感器节点是能量约束和传感器节点的无线电设备通常具有有限的带宽的动机。在每个源电网建设也导致增强鲁棒性的节点故障的存在。

图3：终止边界上

网格单元格大小1是一个关键的参数。正如我们在下一节中看到，一般的指导原则来设置单元格大小是单个细胞内定位水槽流动性的影响，从而使更高级别电网转发保持稳定。1的选择会影响能源追求效率和状态的复杂性。这将在第3节进行进一步的分析，并在第4节进行评估。

2.2两层的查询和数据转发

2.2.1查询转发

我们的两层查询和数据转发是基于虚拟电网基础设施，以确保可扩展性和效率。当一个接收器需要的数据，它充斥在本地查询大约一个单元尺寸大，游览附近的传播节点区域。水槽在查询中指定的最大距离从而水浸停止在多个节点的最大距离的接收器。

一旦查询达到局部传播节点，这就是所谓的水槽立即传播节点时，它被转发在网格上，以从其中这直接传播节点接收数据的上行传播节点公告。作为上游依次将查询转发进一步向上游的源，直到最后的查询到达源。在上述过程中，每个传播节点存储从它接收查询的下游传播节点的位置。这种状态是用来直接数据传回给信宿后（参见图4为一个图）。

随着地方电网基础设施，查询浸水的区域内被限制在一个单一细胞的大小。相对于泛滥的查询在整个传感器领域它可以节省显著的能量和带宽。此外，两层的查询聚合的两层转发过程中被采用，以进一步减少开销。在一个单元格中，接收查询同一数据来自不同的接收器立即散发节点汇总这些查询。它只是发送一个拷贝给其上游节点的传播，在上游更新的形式。同样，如果对电网的一个传播节点接收来自不同的下游邻居多个上游更新，它只是其中的一个进一步转发。例如在图如图4所示，分发节点G接收来自哪里下沉S1所在的小区和信宿，其中S2的位置，和G发送朝着源只有一个上游更新消息的小区的查询。

图4 图4：两层的查询和源A和汇S1，S2之间的数据转发。沉S1开始充斥其查询与它的主剂PA的位置，它的直接传播节点的部门。DS记录PA的位置，并且查询转发到它的上游节点传播直到查询到达A的数据被返回到DS沿该查询遍历的方式。DS中的数据转发到PA，终于到Sink S1。类似的过程适用于水槽S2，除了它的查询停止对电网的传播节点G