不可靠通信环境下极低工作周期移动传感网中快速数据收集研究

Mobile sensor networks have broad applications in a lot of fields such as agriculture, industry and military, etc. Data gathering is the most basic and important operation in the network. Its performance will largely affect the application effects. Recent researches are often focused on the networks with high duty-cycle and reliable communication, which are not suitable in practical environments. Our project faces on practical applications, and considers the mobile sensor networks with extremely low duty-cycle and unreliable communication. Our objective is to design a data gathering protocol with low latency and low energy consumption performances. Our research contents include: 1) Nodal mobility management mechanism based on partial neighbor information, which can help the nodes decide a reasonable motion scheme (including when to move, where to move, and their moving speeds). 2) Low-latency path programming for the Sink, which will be made dynamically according to different nodal movement models. 3) High reliable and low-latency directional angle data transmission algorithm, through which nodes can transmit their data toward the moving orientation of the Sink. The Sink can accept the data with high probability. The researches of our project provide new thoughts and technologies for practical and usable data gathering in harsh environments, which have important theoretical and practical significances.

移动传感网在农业、工业、军事等领域有着广泛应用，数据收集是最基础和关键的操作，其性能极大地影响着应用效果。近年的研究大多针对工作周期长的网络和较为理想的通信环境，难以适用于各种实际环境。本项目从实际应用的角度出发，考虑具有极低工作周期的移动传感网，并综合考虑外部环境对无线通信干扰等因素，设计具有低延迟、低能耗特性的数据收集协议。主要研究：1) 基于部分邻居信息的节点移动性管理机制，根据部分邻居信息就可制定合理的节点移动方案（何时移动、往哪移动、移动速度等）；2) 结合节点移动模式的Sink行走路径规划，针对不同节点的移动模式动态制定出低延迟的Sink行走路径；3) 高可靠低延迟的定向角度数据传输算法，实现节点以多跳方式向移动Sink行走的方向提前进行数据传输，使得数据能够准确地被接收到。本项目的研究为恶劣环境中实际可用的数据收集提供了新的思路和技术手段，具有重要的理论和现实意义。

具有极低工作周期的移动无线传感网是未来智能网络发展的重要方向，而不可靠通信环境下低延迟的数据收集是一个关键的研究问题。本项目从实际应用的角度出发，重点关注节点和Sink均能移动的网络，综合考虑网络的移动性和极低工作周期特性，以及外部环境对无线通信干扰等多个因素，主要研究：1）基于部分邻居信息的节点移动性管理机制；2）结合节点移动模式的Sink行走路径规划；3）高可靠低延迟的定向角度数据传输算法。. 经过四年的研究工作，项目组已完成了项目相应的计划内容。在本课题基金的支持下，我们按照研究计划中的研究内容和技术路线进行了深入的研究，取得了较好的研究成果。目前，已经在《ACM Computing Surveys》、《IEEE Transactions on Services Computing》、《IEEE Internet of Things Journal》、《ACM Transactions on Sensor Networks》、《Future Generation Computer Systems》、《IEEE ACCESS》、《Computer Communications》、《Sensors》、《计算机学报》、《软件学报》、《电子学报》、《通信学报》等国内外学术期刊或会议上总共发表学术论文37篇，其中被SCI检索19篇，EI检索12篇。四年中，共培养硕士研究生10人，其中毕业5人；参加国内会议2人次，国际会议3人次。. 本项目通过研究具有极低工作周期和不可靠通信链路的移动传感网中节点的移动特性并对其建立移动模型，同时研究适应节点移动特点的低延迟Sink行走路径规划，以及具有较高能量有效性的数据传输方法，最后得到能够真正应用于实际环境中的具有低延迟、低能耗性能的数据收集协议。本项目研究的内容是智能网络及物联网领域中非常重要且迫切需要解决的难点问题，具有较高的理论意义和应用价值。本项目的工作不仅能够为移动传感网中的数据收集提供新的思路和解决方案，而且还能为后续的研究工作提供可靠的理论依据和实验基础，有利于推动物联网及相关领域的进一步发展和应用。因此，本项目无论从理论研究上还是从实际应用中，都具有较强的科学意义。