无线传感网中基于自适应概率广播的数据保存
无线传感器网络技术内容
第一章物联网：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
无线传感器网络综合了计算技术、通信技术及传感器技术，其任务是利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测。
无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。
典型的无线传感器网络结构包括哪几部分？一般情况下由以下四个基本单元组成：数据采集单元、控制单元、无线通信单元以及能量供应单元。
无线传感器网络基本节点拓扑结构可分为基于簇的分层结构和基于平面的拓扑结构两种选择题：无线传感器网络可实现数据的采集量化，处理融合和传输应用，具有无线自组织网络的移动性、电源能力局限性，规模大、自组织性、动态性、可靠性、以数据为中心等等。
第2章无线传感器网络物理层的传输介质主要包括电磁波和声波。
无线电波、红外线、光波等负责使在两个网络主机之间透明传输二进制比特流数据成为可能，为在物理介质上传输比特流建立规则，以及在传输介质上收发数据时定义需要何种传送技术。
无线传感器网络物理层接口标准对物理接口具有的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性进行了描述。
作为一种无线网络，无线传感器网络物理层协议涉及传输介质以及频段的选择、调制、扩频技术方式等，同时实现低能耗也是无线传感器网络物理层的一个主要研究目标。
IEEE 802.15.4 该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为关键目标，旨在个人或者家庭范围内不同设备之间建立统一的低速互连标准。
有16个信道工作于2.4GHz ISM频段，2.4GHz频段提供的数据传输速率为250kb/s，对于高数据吞吐量、低延时或低作业周期的场合更加适用有1个信道工作于868MHz频段以及10个信道工作于915MHz频段。
无线传感网差错控制ARQ、HARQ
Thank You
HARQ原理
分类 根据HARQ中前向纠错编码在接收端合并的方式， HARQ技术分为三类 第一类HARQ又称为传统HARQ，由数据加循环 冗余码校验（CRC），并用FEC编码。在接收 端FEC解码并用CRC校验数据的正确性。如果 数据包出错，直接丢弃并返回重传请求，发 送端收到重传请求后，重新发送原来的编码 数据包，
无线传感网差错控制 ARQ协议
A-自动 R-重发 ARQ-自动请求重发 Q-请求
ARQ基本原理
发送 在发送端，输入的信息码元在编码器中被分 组编码，除立即发送外，尚暂存于缓冲存储器中。 检错 接收端解码器检出错码，则由解码器控制产生 一重发指令，经反向信道送至原发送端。
ARQ基本原理
重发 这时，由发送端重发控制器控制缓冲存 储器重发一次。 接收信息码元正确时，送给收信者，否则删除。 发送端收到重发指令后，即继续发送后一码组， 发送端的缓冲存储器中的内容也随之更新。
HARQ原理
第二类HARQ称为增加冗余的HARQ机制。这种 机制下，接收错误的数据包不会丢弃，而是 与重传的冗余信息合并之后再进行解码。
HARQ原理
HARQ-III型是完全递增冗余重传机制的改进。对于 每次发送的数据包采用互补删除方式，各个数据包 既可以单独译码，也可以合成一个具有更大冗余信 息的编码包进行合并译码。另外根据重传的冗余版 本不同，HARQ-III又可进一步分为两种：一种是只 具有一个冗余版本的HARQ-III，另一种是具有多个 冗余版本的HARQ-III，
改进的ARQ ——HARQ差错控制
HARQ（混合自动重传请求）是一种将 ARQ和FEC(前向纠错编码)结合在一起 的技术.
HARQ原
分类 根据HARQ中前向纠错编码在接收端合并的方式， HARQ技术分为三类 第一类HARQ----传统的HARQ 第二类HARQ----增加冗余的HARQ 第一类HARQ----传统HARQ
无线传感网络技术在智能交通中的应用
无线传感网络技术在智能交通中的应用在当今的现代城市，交通堵塞以及安全问题已经成为了最大的挑战之一。
随着科技的进步，想要解决这些问题已经不再困难。
智能交通的发展，就是为了解决这个问题。
无线传感网络技术正是智能交通中一个关键的工具，具有很多极好的应用，它可以通过大数据分析和传感器技术提供我们所需要的信息。
一、无线传感网络技术的介绍无线传感网络技术（WSN）是一种能够自组织的、无线通信的、基于节点的、自动监测的、在无线线条和有线网络之间传输数据的技术。
WSN技术可以让分布在不同地点的小型计算机之间互相通信，也可以收集、处理和传输各种类型的传感器数据，比如光线，温度和气压等数据。
WS\N 系统通常由大量的无线传感器节点组成，并为特定的目的而设计。
这些节点能够收集各种形式的数据，并将其传输到不同的地方进行处理。
这使得WSN技术在许多不同领域的应用中都能发挥其优势。
二、智能交通的介绍智能交通系统是由基于计算机的技术、无线传感器技术、通信技术、以及视频监控等组成的。
该系统能够对城市交通进行实时监控及流量评估，提供有效的信息管理，加强交通规划和管理，提高交通安全性，降低环境污染并优化旅行体验。
同时，智能交通系统还可以优化道路流量，减少交通事故并提高道路的通行效率。
三、1. 道路监控WSN技术可以通过在道路旁边安装传感器节点来监测道路政策，以便获得道路交通状况。
例如，这些节点可以检测到某个路口的交通状况，包括拥堵、轻流量和无流动量，并将这些数据传输到控制中心。
控制中心可以据此判断交通拥堵情况，并调整路灯或交通信号灯的时间，以安排路线或减少拥堵情况。
2. 资源管理WSN技术可以帮助交通部门更好地管理交通资源。
例如，在城市中部署WSN节点可以帮助监测所有交通指标，以便能够更好地分析和计划交通运输。
此外，WSN物联网技术还可以集成到其他资源管理系统中。
随着物联网技术的日益成熟，资源管理系统可以更好地监测交通资源、供应物资以及可靠的物流管理，从而更好地服务于公共利益。
物联网安全
无线传感器网络的密钥管理系统的设计在很大程度上受 到其自身特征的限制，因此在设计需求上与有线网络和传 统的资源不受限制的无线网络有所不同，特别要充分考虑 到无线传感器网络传感节点的限制和网络组网与路由的特 征。它的安全需求主要体现在：
(I)密钥生成或更新算法的安全性：利用该算法生成的密 钥应具备一定的安全强度，不能被网络攻击者轻易破解或 者花很小的代价破解。也即是加密后保障数据包的机密性。
1.1物联网安全特征
• 从物联网的信息处理过程来看，感知信息经过采集、汇 聚、融合、传输、决策与控制等过程，整个信息处理的过 程体现了物联网安全的特征与要求，也揭示了所面临的安 全问题。
• 一是感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。感知 节点呈现多源异构性，感知节点通常情况下功能简单(如 自动温度计)、携带能量少(使用电池)，使得它们无法拥有 复杂的安全保护能力，而感知网络多种多样，从温度测量 到水文监控，从道路导航到自动控制，它们的数据传输和 消息也没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护体 系。
2.3认证与访问控制
• 认证指使用者采用某种方式来“证明”自己确实是自己 宣称的某人，网络中的认证主要包括身份认证和消息认证。 身份认证可以使通信双方确信对方的身份并交换会话密钥。 消息认证中主要是接收方希望能够保证其接收的消息确实 来自真正的发送方。
无线传感器网络路由协议分析
南京邮电大学硕士研究生学位论文术语表术语表Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络协议CDMA码分多址Code Division Multiple AccessCSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple AccessDD 定向扩散Directed DiffusionGEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议介质访问控制Media Access ControlMCU 微控制单元Micro-Controller UnitPEGASIS Po-Efficient Gathering in SensorInformation System服务质量Quality of Service信息协商传感协议Sensor Protocol for Information viaNegotiationTCP 传输控制协议Transfer Control ProtocolTDMA 时分多址Time Division Multiple AccessTEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol用户数据包协议User Datagram ProtocolWSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
无线传感网络概述
无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。
二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。
节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。
由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。
三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。
2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。
在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。
四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。
目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。
特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。
（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。
无线传感网络的研究综述与发展前景
无线传感网络的研究综述与发展前景作者：欧书琴陈军来源：《电脑知识与技术》2013年第33期摘要：无线传感器是一种具有传感功能与驱动控制能力、通信能力、计算能力的嵌入式设备。
该文简要介绍了无线传感网络的结构、特点、协议层次及应用领域，并对其发展趋势与前景进行探讨。
关键词：无线传感网；结构；特点；协议层次；应用领域中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）33-7418-02现代信息技术主要有三种[1]：传感器技术、通信技术和计算机技术，它们的目的是分别对信息进行采集、传输和处理。
传感器网络正是将这三种技术融合在一起，从而对网络所能覆盖区域中的对象信息依次感知、采集、传输并处理，然后发送回给观察者。
无线传感网（简称WSN）是物联网的重要组成部分，它能将物理世界和信息世界融合在一起，因此必将改变自然界和人类的互动方式。
当前，传感器网络技术正在逐渐发展成熟，但是从总体上来说还刚起步。
正因为传感器网络技术的发展与进步对于整个人类乃至整个社会都具有重大的意义，所以对它的深入研究成为我们为之努力的动力源泉。
1 无线传感网的原理1.1 无线传感网的概念WSN是由部署在监测区域内的大量的体积小，成本低廉，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点所组成。
并且每个传感器节点均有存储、传输和处理数据的能力。
各节点之间可以通过无线网络相互交换信息，也可以将信息传送到远程端。
1.2 无线传感网的结构[2]无线传感网的常用结构为自组多跳网络。
这种网络中的节点具有多种功能，如信息的处理、传感、无线通信等，所有节点均能通过多跳路由的方式连接到无线网关，然后完成与终端的通信过程，该过程是通过无线网关的方式实现的。
由于传感器的传输距离有限，如果要实现传感信号无线接力，其节点的分布要均匀且密集，通过多跳路由的方式来将传感信号传送到汇聚点然后通过外部网络将数据发送到后端的处理系统。
1.3 无线传感网络特点1）基于应用的网络。
无线传感器网络的理论及应用
传感器节点的结构
传感器节点的结构
传感器节点由传感单元、处理单元、 传感器节点由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源 单元等几部分组成。 单元等几部分组成。 传感单元用于感知、获取监测区域内的信息， 传感单元用于感知、获取监测区域内的信息，并将其转换 为数字信号。 为数字信号。 处理单元负责控制和协调节点各部分工作， 处理单元负责控制和协调节点各部分工作，存储和处理自 身采集的数据以及其他节点发来的数据。 身采集的数据以及其他节点发来的数据。 无线收发单元负责与其他传感器节点进行通信， 无线收发单元负责与其他传感器节点进行通信，交换控制 信息和收发采集数据。 信息和收发采集数据。 电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必须的能源。 电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必须的能源。 此外，传感器节点还可以包括其他辅助单元，如移动系统、 此外，传感器节点还可以包括其他辅助单元，如移动系统、 定位系统和自供电系统等。 定位系统和自供电系统等。
以数据为中心
在无线传感器网络中， 在无线传感器网络中，人们通常只关心某 个区域内某个观测指标的数值， 个区域内某个观测指标的数值，而不会去 具体关心单个节点的观测数据。 具体关心单个节点的观测数据。 用户使用传感器网络查询事件时， 用户使用传感器网络查询事件时，直接将 所关心的事件通告给网络， 所关心的事件通告给网络，而不是通告给 某个确定编号的节点。 某个确定编号的节点。网络在获得指定事 件的信息后汇报给用户。 件的信息后汇报给用户。
分布式 自组织
无线传感器网络与 无线自组网络的共 同特点： 同特点：
拓扑变化 多跳路由 安全性差
分布式
网络没有严格的控制中心， 网络没有严格的控制中心，所有节点地位 平等， 平等，节点之间通过分布式的算法来协调 彼此行为，是一个对等网络。 彼此行为，是一个对等网络。 节点可以随时加入或离开网络，任何节点 节点可以随时加入或离开网络， 的故障不会影响整个网络的运行， 的故障不会影响整个网络的运行，具有很 强的抗毁性。 强的抗毁性。
于自适应更新的无线传感网络MAC协议
收稿日期：2012-06-08；修回日期：2012-08-01。
基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12521087）。
作者简介：刘明珠（1973－），女，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，主要研究方向：多载波通信、无线传感器网络；许士涛（1986－），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，主要研究方向：无线传感器网络MAC 协议；陈光（1986－），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，主要研究方向：Android 操作系统。
文章编号：1001－9081（2012）12－3508－04doi ：10．3724/SP．J．1087．2012．03508基于自适应更新的无线传感网络MAC 协议刘明珠，许士涛*，陈光(哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，哈尔滨150080)(*通信作者电子邮箱xiaotao777@126．com)摘要：针对无线传感器网络节点能量受限问题，提出了一种新的自适应更新异步MAC 协议———AU-MAC 协议。
该协议以睡眠与工作状态切换、异步方式和自适应更新相结合的办法有效延长了网络寿命，减少了节点能耗。
AU-MAC 协议通过采用发方监听、接方激活数据传输，提高了信道利用的有效性。
并且，它以建立邻居节点信息表，引入自适应更新机制，来减少空闲监听。
在NS2网络仿真平台对提出的AU-MAC 协议的性能进行了仿真评估。
仿真结果表明，AU-MAC 协议在保持相当的吞吐量以及端—端延迟的基础上，使无线传感器网络的能量有效性得到了改善。
关键词：无线传感网络；媒体访问控制；异步；自适应更新中图分类号：TP212．9；TN915．04文献标志码：AMAC protocol based on adaptive update in wireless senor networksLIU Ming-zhu，XU Shi-tao *，CHEN Guang(School of Measurement-Control Technology and Communication Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin Heilongjiang 150080，China )Abstract:In order to solve the energy limitation problem on wireless sensor network nodes，this paper proposed a new adaptive update asynchronous MAC protocol —AU-MAC protocol．This protocol combined the sleep-work state switching mode，asynchronous mode with adaptive update to effectively extend the network life．AU-MAC protocol improved channel usage efficiency by making use of sender monitoring and receiver activating data transfer．And，it established a neighbor node information table and introduced adaptive updating mechanism，to reduce the free monitor．The functions of AU-MAC protocol had been estimated on NS2network simulation platform．It shows that，AU-MAC protocol improves the energy efficiency at the basis of maintaining the same throughput and end-end transit delay．Key words:Wireless Senor Network (WSN);Media Access Control (MAC);asynchronous;adaptive update0引言无线传感器网络（Wireless Sensor Network ，WSN ）是一个通过共享无线介质而构成的多跳自组织网络［1］。
无线传感器网络路由协议
浅析无线传感器网络路由协议[摘要]无线传感器网络作为计算，通信和传感器官项技术相结合的产物，目前成为计算机科学领域一个活跃的研究分支。
结合近年来国外的研究成果，着重从路由协议方面介绍无线传感器网络的研究现状，比较分析了flooding、gossiping、spin、directed diffusion等多种路由协议，指出了各自的特色。
[关键词]无线传感器网络、路由协议、flooding中图分类号：tn711 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）09-0044-021、引言无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期，无线传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。
无线传感网络的网络结构由三个主要部分组成[1]：传感节点，终端节点（sink）和观察对象，节点由四部分组成：（1）由微处理器或微控制器构成的计算子系统；（2）用于无线通信的短距离无线收发电路，即通信子系统；（3）将节点与物理世界联系起来，由一组传感器和激励装置构成的传感子系统；（4）能量供应子系统，包括电池和ac-dc转换器。
2、路由协议的分类网络数据传输离不开路由协议，无线传感器网络路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。
根据路由发现策略的角度，可分为主动路由和被动路由两种类型；根据网络管理的逻辑结构可将路由协议分为平面路由和分层结构路由两类[2][3]。
3、无线传感器网络中现有路由协议分析3.1 平面路由协议3.1.1 扩散法[4]（flooding）扩散法是一种传统的网络路由协议，如图1所示：一节点a希望发送一块数据给节点d，使用扩散法，节点a首先通过网络将数据副本传送给它的每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚刚给它们发送数据副本的节点a外。
如此继续下去，直到将数据传输到目标节点d为止或者为该数据所设定的生命期限变为零为止或者所有节点拥有此数据副本为止。
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计算机研究与发展 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＩＳＳＮ １０００—１２３９／ＣＮ １１－１７７７／ＴＰ
４９（１ｏ）：２２２９—２２４０，２０１２
无线传感网中基于自适应概率广播的数据保存 梁俊斌 李陶深 （广西大学计算机与电子信息学院 南宁 ５３０００４） （广西大学行健文理学院南宁 ５３０００４） （１ｉａｎｇｊｂ２００２＠１６３．ｃｏｒｎ）
Ａｎ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ－Ｂａｓｅｄ Ｄａｔａ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｌｉａｎｇ Ｊｕｎｂｉｎ ， ａｎｄ Ｌｉ Ｔａｏｓｈｅｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４） （Ｘｉｎｇｊｉａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｌｉｂｅｒａｌ Ａｒｔｓ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｓｏｍｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｄｅｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ｈａｒｓｈ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｔ ｍａｙ ｎｏｔ ｂｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｄｅｐｌｏｙ ａ ｓｉｎｋ ｔｏ ｋｅｅｐ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｉｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｄａｔａ ｌＯＳＳ ｄｕｅ ｔＯ ｅｘｈａｕｓｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｄｅ’ｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｏｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄａｍａｇｅ，ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ｓｈｏｕｌｄ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｅ ｉｔｓ ｄａｔａ ｔｏ ａ ｓｕｂｓｅｔ ｏｆ ｎｏｄｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ ｓｔｏｒａｇｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｉｎｃｅ ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ｏｎｌｙ ｋｎｏｗｓ ｉｔｓ ｌｏｃａ】ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ；ｕｓｔ ｈａｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐａｃｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅ ｈａｒｄ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｂｒｏａｄｃａｓｔ—ｂａｓｅｄ ｄａｔａ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＡＰＢＤＰ，ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｉｎ
ＡＰＢＤＰ，ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ａｄｏｐｔｓ ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｔｏ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｅ ｉｔｓ ｄａｔａ．Ｔｈｅ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍａｋｅ ａｌ１ ｎｏｄｅｓ ｒｅｃｅｉｖｅ ｅａｃｈ ｄａｔａ ｐａｃｋｅｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒｅｄｕｎｄａｎｅｖ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｐａｃｋｅｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｎｏｄｅｓ’ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｅａｃｈ ｎｏｄｅ ｓｔｏｒｅｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｂｖ ＬＴ ｃｏｄｅｓ．Ａｆｔｅｒ ａｌ１ ｄａｔａ ａｒｅ ｓｔｏｒｅｄ，ａ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｃａｎ ｒｅｃｏｖｅｒ ａｌｌ ｄａｔａ ａｓ ｌｏｎｇ ａｓ ｉｔ ｖｉｓｉｔｓ ａ ｓｍａｌ１ ｓｕｂｓｅｔ ｏｆ ｎｏｄｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＡＰＢＤＰ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈｅｒ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｈａｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｂｒｏａｄｃａｓｔ；ｄａｔａ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ； ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ
摘要对于部署在恶劣环境中且无法放置Ｓｉｎｋ节点的无线传感器网络，节点的能量有限且易于损坏． 每个节点为了避免自己死亡后数据丢失，需要将数据分发到网络中其他一部分节点上进行保存．但是， 由于节点只知道自己邻居的信息，同时存储容量有限，因此如何有效地进行数据分发和存储是一个具有 挑战性的问题．提出一个基于自适应概率广播的数据保存协议ＡＰＢＤＰ来解决这个问题．在ＡＰＢＤＰ中， 节点通过一种自适应的概率广播机制分发数据，这种机制不仅可以使所有节点接收到数据包，而且能有 效地减少数据的冗余传输以节省节点能量．此外，节点利用ＬＴ码来对数据进行编码存储，所有节点完 成数据的分发和存储后，数据采集者只需要访问少量的节点就能恢复出所有的源数据．理论分析和实验 表明，ＡＰＢＤＰ不仅具有较高的解码性能，而且能量有效．
关键词无线传感器网络；自适应概率广播；数据保存；数据分发；数据存储 中图法分类号ＴＰ３９３
无线传感器网络（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）由 大量体积微小的节点组成，通常被部署在非常恶劣 或者人类很难进入的区域中以执行环境监测、战场
监控等任务．传感器节点具有成本低廉、计算能力
收稿日期：２０１２－０６—０５；修回日期：２０１２－０７—２３ 基金项目：国家自然科学基金项目（６１１０３２４５，６０９６３０２２）；广西自然科学基金项目（２０１２ＧＸＮＳＦＢＡ０５３１６３，２０１２ＧＸＮＳＦＡＡ０５３２２２） 计算机研究与发展２Ｏ１２，４９（１０） 弱、存储空间有限、能量有限和容易损坏等特点．在 无线传感器网络中，如何有效地采集所有节点产生 的数据是研究的基本问题和热点 Ｊ． 在大部分已有的数据收集协议（如ＬＥＡＣＨ ， ＩＡＡＬ。 等）中，均假设网络中存在一个Ｓｉｎｋ节点． Ｓｉｎｋ节点与能量无限的电源相连，还可以通过 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与用户进行沟通．因此，当所有节点感知到 数据后，将通过某种路由结构（如分簇或一棵树）传 送到Ｓｉｎｋ节点进行处理．但是，这些协议对于无法 放置Ｓｉｎｋ节点的应用（如孤立的海岛上的环境监 测、沙漠中的战场监控等）就无法有效地进行处理． 在无法放置Ｓｉｎｋ节点的无线传感器网络中，节 点为了避免能量耗尽或受到物理损坏后死亡而丢失 数据，需要将感知到的数据分发到网络中其他一部 分节点上进行存储．数据存储完成后，再由一个数据 采集者（汽车或飞机）从任意方向进入网络进行收 集．由于节点可能会随着工作时间的增加不断死亡， 我们希望采集者只需要访问一部分仍然存活的节点 （采集它们存储的数据）就能恢复出所有的源数据． 但是，由于节点只能通过彼此交换Ｈｅｌｌｏ消息获得 局部的信息（如邻居的数量），同时节点的存储容量 有限，因此如何分布且有效地进行数据分发和存储 是一个具有挑战性的问题． 本文提出一种新的算法——基于自适应概率广 播的数据保存协议（ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｂｒｏａｄｃａｓｔ— ｂａｓｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｄａｔａ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ＡＰＢＤＰ）—— 来解决这个问题．ＡＰＢＤＰ是完全分布的算法，同时 无需任何地理信息的支持．在ＡＰＢＤＰ中，我们设计 了一种新的自适应概率广播机制，不仅能使数据在 不同规模的网络中均能被快速地分发到所有节点， 同时又避免数据包被冗余传输而浪费节点的能量． 因此，ＡＰＢＤＰ是一种利用自适应概率广播来实现 数据保存的协议．此外，为了有效地利用节点有限的 存储空间，ＡＰＢＤＰ利用ＬＴ码对数据进行存储．其 中，ＬＴ码是一种前向纠错码．理论分析和实验表明， ＡＰＢＤＰ不仅具有较高的解码性能，而且能量有效． １ 相关工作 目前，已经有一些研究涉及如何在无线传感器网 络中保存数据．按采用的数据编码方式可以分为以下 两大类：基于随机线性码的方案（ｒａｎｄｏｍ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｄｅｓ ｂａｓｅｄ ｓｃｈｅｍｅｓ）和基于喷泉码的方案（ｆｏｕｎｔａｉｎ ｃｏｄｅｓ ｂａｓｅｄ ｓｃｈｅｍｅｓ），具体介绍如下． １）基于随机线性码的方案优点是解码效率较 高、便于分布实现等．但是，它的编码／解码复杂度比 较高（分别达到Ｏ（ｋ。）和Ｏ（愚。）），这并不利于在能 量水平较低、计算能力较弱的传感器节点上执行， 其中，ｈ是（源）数据的数量．比较典型的基于随机 线性码的方案有ＰＲＬＣ［ ，ＧＲＬＣ ｊ，ＲＲＮＳｌ６ 和 ＲＩ ＣＬ 等． ＰＲＬＣ设计了一种具有优先级的随机线性码， 它按数据的重要程度（优先级），以反比例为数据分 配编码率（ｃｏｄｉｎｇ ｒａｔｅ），即越重要的数据编码率越 低．这样，重要数据只需要采集到较少的编码数据就 能被恢复出来．在这个方案中，数据的分发是采用地 理路由．由于地理路由需要节点加装ＧＰＳ或采用某 些额外的定位算法来获取节点的地理信息，因此会 增加网络部署的成本或节点能耗，降低了算法的可 扩展性． ＧＲＬＣ利用数据查询往往针对小范围地理区域 的特点，提出了一种地理随机线性码（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｒａｎｄｏｍ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｄｅｓ），可以将不同大小地理区域的 数据按层次编码．当数据查询到来时，首先根据地理 区域提供编码数据．只有查询区域的节点死亡后才 从更远的区域采集编码数据．显然，这个方案也需要 地理信息的支持． 在ＲＲＮＳ中，每个源节点通过地理Ｈａｓｈ表 （ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｈａｓｈ ｔａｂｌｅ）计算一组节点的位置，然 后通过组播（ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）的方式将数据发送到这些节 点上进行存储．与ＰＲＬＣ和ＧＲＬＣ一样，ＲＲＮＳ也 需要地理信息的支持． ＲＬＣ不需要地理信息的支持，通过随机行走 （ｒａｎｄｏｍ ｗａｌｋｓ）来分发数据包．其中，随机行走指网 络中的某个节点接收到一个数据包后，将随机地选 择一个邻居转发这个数据包．为了减少节点的能量 耗费和数据冗余，ＲＬＣ通过广播过程中节点能侦听 到周围邻居发送数据包的性质，有效减少同一时刻 发送重复数据包的节点的数量．但是，在随机行走中 数据包是漫无目的地在网络中传递，需要被转发多 次才能使网络中全部节点接收到，这会导致网络中 总的节点能量耗费较高． ２）基于喷泉码的方案不仅便于分布实现，而且 编码／解码复杂度比较低（均为０（ｋｌｎｋ））．因此，更 适合在无线传感器网络中采用，是目前研究的热点． ＬＴ码、Ｒａｐｔｏｒ码都是比较常用的喷泉码，目前典型 的基于喷泉码的方案主要有ＧＣＥ ，ＤＦＣＮＳｃ ９—１０］， ＥＤＦＣ［¨］，ＬＴＣＤＳ—Ｉｔ ］，ＤＳＡ—Ｉｔ 。 和ＲＣＤＳＥ１４］等．