無線傳感器網絡移動數據收集
郭松濤等
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本書闡述了無線傳感器網絡移動數據收集的基礎理論、關鍵技術和最新研究成果，詳細介紹了將多用戶多輸入多輸出 (multiple-input multiple-output, MIMO)技術、空分多路復用（space division multiple access, SDMA）技術、並發數據上傳技術等現代通信技術應用到無線傳感器網絡的移動數據收集，深入討論了在網絡連通或不連通、低傳輸延遲、收集代價最小、有界中繼跳數等情況下的無線傳感器網絡移動數據收集。
目錄大綱
目錄
第1章緒論1
1.1無線傳感器概述1
1.1.1無線傳感器網絡體系的結構1
1.1.2無線傳感器網絡的特點2
1.1.3無線傳感器網絡的研究熱點3
1.2無線傳感器網絡的數據收集4
1.2.1數據收集模式及收集方法分類4
1.2.2數據收集中存在的問題與挑戰5
1.3移動數據收集6
1.3.1移動數據收集的背景6
1.3.2移動匯聚型無線傳感器網絡7
1.4本書的架構10
參考文獻12
第2章連通及不連通WSN的移動數據收集機制15
2.1引言15
2.2相關工作17
2.3連通WSN的移動數據收集18
2.3.1負載平衡19
2.3.2運動路徑：確定拐點21
2.3.3沿著運動路徑的分段進行分簇23
2.3.4尋找移動路徑：分而治之24
2.3.5Sencar移動環的確定26
2.3.6感知現場的障礙避免26
2.4不連通WSN的移動數據收集27
2.4.1不連通網絡的分簇27
2.4.2簇間的運動路徑規劃28
2.5性能評價30
2.5.1在一個有障礙的區域內尋找移動路徑31
2.5.2網絡壽命32
2.5.3與TSP解的比較33
2.5.4不連通網絡移動環的確定34
2.6本章小結35
參考文獻35
第3章WSN中移動數據收集的路徑規劃37
3.1引言37
3.2預備知識40
3.3單跳數據收集42
3.4單跳數據收集問題的啟發式算法44
3.5帶多個移動收集器的數據收集46
3.6性能評價49
3.6.1單個數據收集器的路徑長度49
3.6.2網絡壽命52
3.6.3多個移動收集器的數據收集53
3.7本章小結55
參考文獻55
第4章基於有界中繼跳數的移動數據收集58
4.1引言58
4.2基於有界中繼跳數的移動數據收集問題62
4.2.1問題概述62
4.2.2問題刻畫63
4.3BRH-MDG問題的集中式算法66
4.4BRH-MDG問題的分佈式算法70
4.5性能評估73
4.5.1與最優解的比較73
4.5.2SPT-DGA和PB-PSA的性能比較75
4.6本章小結80
參考文獻80
第5章基於多用戶MIMO技術的移動數據收集83
5.1引言83
5.2基於多用戶MIMO技術的無線傳感器網絡84
5.3基於MIMO技術的移動數據採集86
5.3.1原理及架構概述87
5.3.2傳感器層：負載均衡分簇89
5.3.3簇頭層：簇頭組之間的連通性95
5.3.4Sencar層：移動路徑規劃98
5.4性能評價101
5.4.1傳感器節點數變化對網絡性能的影響102
5.4.2傳感器節點距離變化對性能的影響103
5.5本章小結105
參考文獻105
第6章基於空分多路復用的有效移動數據收集107
6.1引言107
6.2SDMA：線性去相關器策略111
6.3帶單一Sencar與SDMA技術的移動數據收集113
6.3.1MDG-SDMA問題描述113
6.3.2MDG-SDMA問題的公式化116
6.4MDG-SDMA問題的啟發式算法118
6.4.1最大匹配對算法118
6.4.2最小覆蓋生成樹算法121
6.5帶多個Sencar和SDMA技術的數據收集126
6.5.1MDG-MS問題描述127
6.5.2區域劃分和路徑規劃算法128
6.6性能評價132
6.6.1MDG-SDMA的算法評價132
6.6.2MDG-MS算法的評價137
6.7本章小結139
參考文獻139
第7章基於優化的分佈式移動數據收集算法143
7.1引言143
7.2系統模型和問題形式化146
7.2.1系統模型146
7.2.2NUM-FT問題公式化148
7.2.3NUM-VT問題公式化149
7.3NUM-FT問題的分佈式算法150
7.3.1Lagrange函數及其對偶問題150
7.3.2速率控制子問題151
7.3.3路由子問題155
7.3.4Lagrange乘子更新156
7.3.5原問題的解156
7.4NUM-VT問題的分佈式算法157
7.4.1NUM-VT問題的分解157
7.4.2低層最優化158
7.4.3高層最優化160
7.5性能評價162
7.5.1網絡配置及參數設置162
7.5.2收斂性163
7.5.3NUM-FT和NUM-VT的性能比較167
7.5.4與其他策略的性能比較168
7.6本章小結170
參考文獻170
第8章基於代價最小化的移動數據收集算法173
8.1引言173
8.2系統模型和問題公式化175
8.3問題分解和基於代價的算法178
8.4Sensor處的局部代價最小化184
8.5性能評價187
8.5.1收斂性187
8.5.2網絡代價190
8.6本章小結192
參考文獻192
第9章基於並發數據上傳的移動數據收集架構195
9.1引言195
9.2系統模型和問題公式化197
9.2.1網絡模型和假設197
9.2.2數據流量守恆約束199
9.2.3能量約束200
9.2.4鏈路容量約束200
9.2.5兼容性約束201
9.2.6跨層最優化模型202
9.3DaGCM問題的最優化算法204
9.3.1拉格朗日對偶分解204
9.3.2數據控制子算法206
9.3.3路由子算法207
9.3.4功率控制和兼容性子算法208
9.3.5逗留時間分配子算法210
9.3.6數據分割子算法210
9.4性能評估213
9.4.1收斂性和性能分析213
9.4.2性能比較217
9.4.3在NS-2中的模擬結果219
9.5本章小結221
參考文獻221
第10章基於SINR的低延遲數據收集算法225
10.1引言225
10.2系統模型和問題刻畫228
10.2.1網絡模型與定義228
10.2.2數據收集與鏈路調度約束229
10.2.3SINR約束230
10.2.4問題刻畫231
10.2.5NP難問題233
10.3啟發式算法233
10.3.1基於功率的增強乾擾圖234
10.3.2數據收集樹的構造234
10.3.3鏈路調度與功率分配236
10.4性能評價240
10.5本章小結243
參考文獻243
第1章緒論1
1.1無線傳感器概述1
1.1.1無線傳感器網絡體系的結構1
1.1.2無線傳感器網絡的特點2
1.1.3無線傳感器網絡的研究熱點3
1.2無線傳感器網絡的數據收集4
1.2.1數據收集模式及收集方法分類4
1.2.2數據收集中存在的問題與挑戰5
1.3移動數據收集6
1.3.1移動數據收集的背景6
1.3.2移動匯聚型無線傳感器網絡7
1.4本書的架構10
參考文獻12
第2章連通及不連通WSN的移動數據收集機制15
2.1引言15
2.2相關工作17
2.3連通WSN的移動數據收集18
2.3.1負載平衡19
2.3.2運動路徑：確定拐點21
2.3.3沿著運動路徑的分段進行分簇23
2.3.4尋找移動路徑：分而治之24
2.3.5Sencar移動環的確定26
2.3.6感知現場的障礙避免26
2.4不連通WSN的移動數據收集27
2.4.1不連通網絡的分簇27
2.4.2簇間的運動路徑規劃28
2.5性能評價30
2.5.1在一個有障礙的區域內尋找移動路徑31
2.5.2網絡壽命32
2.5.3與TSP解的比較33
2.5.4不連通網絡移動環的確定34
2.6本章小結35
參考文獻35
第3章WSN中移動數據收集的路徑規劃37
3.1引言37
3.2預備知識40
3.3單跳數據收集42
3.4單跳數據收集問題的啟發式算法44
3.5帶多個移動收集器的數據收集46
3.6性能評價49
3.6.1單個數據收集器的路徑長度49
3.6.2網絡壽命52
3.6.3多個移動收集器的數據收集53
3.7本章小結55
參考文獻55
第4章基於有界中繼跳數的移動數據收集58
4.1引言58
4.2基於有界中繼跳數的移動數據收集問題62
4.2.1問題概述62
4.2.2問題刻畫63
4.3BRH-MDG問題的集中式算法66
4.4BRH-MDG問題的分佈式算法70
4.5性能評估73
4.5.1與最優解的比較73
4.5.2SPT-DGA和PB-PSA的性能比較75
4.6本章小結80
參考文獻80
第5章基於多用戶MIMO技術的移動數據收集83
5.1引言83
5.2基於多用戶MIMO技術的無線傳感器網絡84
5.3基於MIMO技術的移動數據採集86
5.3.1原理及架構概述87
5.3.2傳感器層：負載均衡分簇89
5.3.3簇頭層：簇頭組之間的連通性95
5.3.4Sencar層：移動路徑規劃98
5.4性能評價101
5.4.1傳感器節點數變化對網絡性能的影響102
5.4.2傳感器節點距離變化對性能的影響103
5.5本章小結105
參考文獻105
第6章基於空分多路復用的有效移動數據收集107
6.1引言107
6.2SDMA：線性去相關器策略111
6.3帶單一Sencar與SDMA技術的移動數據收集113
6.3.1MDG-SDMA問題描述113
6.3.2MDG-SDMA問題的公式化116
6.4MDG-SDMA問題的啟發式算法118
6.4.1最大匹配對算法118
6.4.2最小覆蓋生成樹算法121
6.5帶多個Sencar和SDMA技術的數據收集126
6.5.1MDG-MS問題描述127
6.5.2區域劃分和路徑規劃算法128
6.6性能評價132
6.6.1MDG-SDMA的算法評價132
6.6.2MDG-MS算法的評價137
6.7本章小結139
參考文獻139
第7章基於優化的分佈式移動數據收集算法143
7.1引言143
7.2系統模型和問題形式化146
7.2.1系統模型146
7.2.2NUM-FT問題公式化148
7.2.3NUM-VT問題公式化149
7.3NUM-FT問題的分佈式算法150
7.3.1Lagrange函數及其對偶問題150
7.3.2速率控制子問題151
7.3.3路由子問題155
7.3.4Lagrange乘子更新156
7.3.5原問題的解156
7.4NUM-VT問題的分佈式算法157
7.4.1NUM-VT問題的分解157
7.4.2低層最優化158
7.4.3高層最優化160
7.5性能評價162
7.5.1網絡配置及參數設置162
7.5.2收斂性163
7.5.3NUM-FT和NUM-VT的性能比較167
7.5.4與其他策略的性能比較168
7.6本章小結170
參考文獻170
第8章基於代價最小化的移動數據收集算法173
8.1引言173
8.2系統模型和問題公式化175
8.3問題分解和基於代價的算法178
8.4Sensor處的局部代價最小化184
8.5性能評價187
8.5.1收斂性187
8.5.2網絡代價190
8.6本章小結192
參考文獻192
第9章基於並發數據上傳的移動數據收集架構195
9.1引言195
9.2系統模型和問題公式化197
9.2.1網絡模型和假設197
9.2.2數據流量守恆約束199
9.2.3能量約束200
9.2.4鏈路容量約束200
9.2.5兼容性約束201
9.2.6跨層最優化模型202
9.3DaGCM問題的最優化算法204
9.3.1拉格朗日對偶分解204
9.3.2數據控制子算法206
9.3.3路由子算法207
9.3.4功率控制和兼容性子算法208
9.3.5逗留時間分配子算法210
9.3.6數據分割子算法210
9.4性能評估213
9.4.1收斂性和性能分析213
9.4.2性能比較217
9.4.3在NS-2中的模擬結果219
9.5本章小結221
參考文獻221
第10章基於SINR的低延遲數據收集算法225
10.1引言225
10.2系統模型和問題刻畫228
10.2.1網絡模型與定義228
10.2.2數據收集與鏈路調度約束229
10.2.3SINR約束230
10.2.4問題刻畫231
10.2.5NP難問題233
10.3啟發式算法233
10.3.1基於功率的增強乾擾圖234
10.3.2數據收集樹的構造234
10.3.3鏈路調度與功率分配236
10.4性能評價240
10.5本章小結243
參考文獻243
