一种基于移动终端的无线传感器网络数据收集协议

作为门节点, 这样就相当于将ferry一个节点的负担平均转移到了多个门节点中, 从而提高ferry的携带能力,提高整个网络的传输效率。

　　2. 3.. 针对突发情况的考虑

　　在网络中存在不可预知的突发情况, 如某一时刻某一区域节点产生的数据突然增多, 针对这种情况, 我们进行了考虑, 对ferry节点传递分组信息进行自适应调控。在2. 1节中, 考虑的是一般情况下,ferry节点A 和ferry节点B, 采用上述方向负责传递数据, 但是在出现突发情况下, 我们对其进行改进,ferry节点A 在自身buffer空闲的情况下也负责传递本属于ferry节点B 的信息, ferry 节点A 和ferry节点B 每周都会相遇一次, 此次情况下, 他们也会进行一个简单的通信, 告知对方自己信息的接收情况,当节点A 收到节点B 的bu ffer已满时, 并且自己的buffer仍有剩余空间时, 将主动帮助节点B 传递数据, 从而解决某一区域信息突然增多的情况。

　　3 理论分析

　　模型为2. 1节中描述的模型, 其中每个区内的节点数量为n; 节点产生数据的平均速率为W bit/s; ferry节点的移动速度为V ; ferry节点的存储容量为c; ferry的路径长度为L 。

　　3. 1 ferry节点的携带能力分析

　　这里我们从理论数据上去分析ferry节点逆向运动带来的携带能力的提高。我们从信息在ferry节点上占用的时间去分析, 总的公式为:

　　其中tij 为源节点在i区, 目的节点在j区的信息占的ferry节点情况, 一个区内信息占用的时间如表1。

表1 逆向运动信息占用fe rry时间表。

　　这里我们同样考虑信息的目的节点区域是平均分布的qi1 = qi2 = qi3 = qi4 , 平均一个单位时间内的信息占用ferry节点buffer的时间为, 逆向:

　　对于ferry节点同向运动的情况, 信息占用ferry 的时间如表2, 同向:

　　比较可得: T T', 即同向ferry节点时信息占用ferry节点buffer多于逆向buffer。在ferry 节点buffer不足的情况下, 逆向ferry 节点可以增加ferry 节点的携带能力, 提高分组信息的传输。

表2 同向运动信息占用ferry 时间表

　　以上均是针对目的节点为平均分布的情况, 对于一般情况也是一样的, 我们通过分析两个信息占用bu ffer时间表, 对于每个目的节点逆向ferry均是好于或等于同向ferry节点的情况, 所以无论目的节点服从任何分布, 逆向ferry节点的情况总是优于同向ferry节点。

　　3. 2 延时分析

　　分析两个ferry节点在整个区域内循环一周内的平均延迟, 这里将ferry节点运动一周的四分之一作为时间单位, 因为在不同的时刻, 两个ferry 节点的相对位置不同, 引起的分组信息传输的延时情况也不尽相同, 这里分析ferry 节点运动一周的情况,进而计算平均延时。

　　两个ferry节点的相对位置如图3, 对应于图3中的前两个状态的节点延时(这里的延时指的是ferry节点转发信息所带来的延时)分别对应于表3、表4, 根据节点状态的对称性, 状态三与状态四分别与状态一和状态二是对称的, 在这里省略。

　　考虑一个时间单位内的平均数据延迟:

　　其中dz ij 即为上面各表中所列的数据, 代表一周内ferry节点传递信息的延时; d'zij 为区域i内的节点在状态z内, 产生的发送到目的节点在区域j中的信息等待ferry节点的延时; p ij 为区域i产生的, 目的节点在区域j的数据的概率; 源区域i, 目的节点区域为一区的概率qi1, 二区的概率qi2, 三区的概率qi3, 四区的概率qi4 。

表3 逆向延时表

表4 逆向延时表

　　在信息负担很小的情况下, 不论是ferry 节点同向运动还是逆向运动, 信息都不需要延时等待ferry节点, 即d#zij = 0, 此时只需考虑信息通过ferry 节点传递时的延时, 假设数据的目的节点区域是平均分布的qi1 = qi2 = qi3 = qi4 , 双ferry节点逆向运动时,平均延时是: 当两个ferry节点同向运动时, 一个时间单位内的分组信息延时情况如表5, 因为ferry 节点的相对位置相同, 所以一个ferry周期内信息传输情况是相同的:

表5 同向延时表

　　所以双ferry节点同向运动时的平均延时为:

　　这种情况下D=D'; 当信息负担比较重时, 分析d'zij信息等待ferry节点的延时, 由3. 1节分析可知ferry节点逆向运动可以提高携带能力, 减少信息等待ferry节点的延时, 从而可知: 逆向运动下的d'z ij 同向运动下的d'z ij, 从而使D D', 即双ferry节点逆向运动时的延时小于双ferry节点同向运动时的延时。

　　以上分析是在ferry节点在匀速运动的条件下, 节点数据产生率一定, ferry节点在经过某一区域时, 与门节点的通信时间充足, 可以完成数据的双向通信的前提下。

　　4 仿真实验及分析

　　4. 1 仿真模型

在DTN模型中, 节点随机分布在四个不相连接的区域中, 各个区域节点数目大致相当, 两个ferry节点沿固定路径运动, 并且假设ferry节点与各个区域