《无线传感器网络移动数据收集》阐述了无线传感器网络移动数据收集的基础理论、关键技术和*新研究成果，详细介绍了将多用户多输入多输出 (multiple-input multiple-output, MIMO)技术、空分多路复用（space division multiple access, SDMA）技术、并发数据上传技术等现代通信技术应用到无线传感器网络的移动数据收集，深入讨论了在网络连通或不连通、低传输延迟、收集代价*小、有界中继跳数等情况下的无线传感器网络移动数据收集。

目录
第1章绪论1
1.1无线传感器概述1
1.1.1无线传感器网络体系的结构1
1.1.2无线传感器网络的特点2
1.1.3无线传感器网络的研究热点3
1.2无线传感器网络的数据收集4
1.2.1数据收集模式及收集方法分类4
1.2.2数据收集中存在的问题与挑战5
1.3移动数据收集6
1.3.1移动数据收集的背景6
1.3.2移动汇聚型无线传感器网络7
1.4本书的架构10
参考文献12
第2章连通及不连通WSN的移动数据收集机制15
2.1引言15
2.2相关工作17
2.3连通WSN的移动数据收集18
2.3.1负载平衡19
2.3.2运动路径：确定拐点21
2.3.3沿着运动路径的分段进行分簇23
2.3.4寻找移动路径：分而治之24
2.3.5Sencar移动环的确定26
2.3.6感知现场的障碍避免26
2.4不连通WSN的移动数据收集27
2.4.1不连通网络的分簇27
2.4.2簇间的运动路径规划28
2.5性能评价30
2.5.1在一个有障碍的区域内寻找移动路径31
2.5.2网络寿命32
2.5.3与TSP解的比较33
2.5.4不连通网络移动环的确定34
2.6本章小结35
参考文献35
第3章WSN中移动数据收集的路径规划37
3.1引言37
3.2预备知识40
3.3单跳数据收集42
3.4单跳数据收集问题的启发式算法44
3.5带多个移动收集器的数据收集46
3.6性能评价49
3.6.1单个数据收集器的路径长度49
3.6.2网络寿命52
3.6.3多个移动收集器的数据收集53
3.7本章小结55
参考文献55
第4章基于有界中继跳数的移动数据收集58
4.1引言58
4.2基于有界中继跳数的移动数据收集问题62
4.2.1问题概述62
4.2.2问题刻画63
4.3BRH-MDG问题的集中式算法66
4.4BRH-MDG问题的分布式算法70
4.5性能评估73
4.5.1与*优解的比较73
4.5.2SPT-DGA和PB-PSA的性能比较75
4.6本章小结80
参考文献80
第5章基于多用户MIMO技术的移动数据收集83
5.1引言83
5.2基于多用户MIMO技术的无线传感器网络84
5.3基于MIMO技术的移动数据采集86
5.3.1原理及架构概述87
5.3.2传感器层：负载均衡分簇89
5.3.3簇头层：簇头组之间的连通性95
5.3.4Sencar层：移动路径规划98
5.4性能评价101
5.4.1传感器节点数变化对网络性能的影响102
5.4.2传感器节点距离变化对性能的影响103
5.5本章小结105
参考文献105
第6章基于空分多路复用的有效移动数据收集107
6.1引言107
6.2SDMA：线性去相关器策略111
6.3带单一Sencar与SDMA技术的移动数据收集113
6.3.1MDG-SDMA问题描述113
6.3.2MDG-SDMA问题的公式化116
6.4MDG-SDMA问题的启发式算法118
6.4.1*大匹配对算法118
6.4.2*小覆盖生成树算法121
6.5带多个Sencar和SDMA技术的数据收集126
6.5.1MDG-MS问题描述127
6.5.2区域划分和路径规划算法128
6.6性能评价132
6.6.1MDG-SDMA的算法评价132
6.6.2MDG-MS算法的评价137
6.7本章小结139
参考文献139
第7章基于优化的分布式移动数据收集算法143
7.1引言143
7.2系统模型和问题形式化146
7.2.1系统模型146
7.2.2NUM-FT问题公式化148
7.2.3NUM-VT问题公式化149
7.3NUM-FT问题的分布式算法150
7.3.1Lagrange函数及其对偶问题150
7.3.2速率控制子问题151
7.3.3路由子问题155
7.3.4Lagrange乘子更新156
7.3.5原问题的解156
7.4NUM-VT问题的分布式算法157
7.4.1NUM-VT问题的分解157
7.4.2低层*优化158
7.4.3高层*优化160
7.5性能评价162
7.5.1网络配置及参数设置162
7.5.2收敛性163
7.5.3NUM-FT和NUM-VT的性能比较167
7.5.4与其他策略的性能比较168
7.6本章小结170
参考文献170
第8章基于代价*小化的移动数据收集算法173
8.1引言173
8.2系统模型和问题公式化175
8.3问题分解和基于代价的算法178
8.4Sensor处的局部代价*小化184
8.5性能评价187
8.5.1收敛性187
8.5.2网络代价190
8.6本章小结192
参考文献192
第9章基于并发数据上传的移动数据收集架构195
9.1引言195
9.2系统模型和问题公式化197
9.2.1网络模型和假设197
9.2.2数据流量守恒约束199
9.2.3能量约束200
9.2.4链路容量约束200
9.2.5兼容性约束201
9.2.6跨层*优化模型202
9.3Da

第1章　绪论
　　1.1　无线传感器概述
　　无线传感器网络(wireless sensor network，WSN)通常由数百或数千个传感器节点通过无线连接来执行感知、数据传送任务。随着嵌入式技术的蓬勃发展，各种功能的传感器模块被置入单个节点上，并通过无线通信技术连接，形成了*初的无线传感器网络[1]。21世纪初，无线传感器网络曾经被《美国周刊》评为*有发展前景的十大新兴技术之一。
　　1.1.1　无线传感器网络体系的结构
　　在无线传感器网络中，传感器通常随机分布在没有配置基础设施的空间中，每个传感器都具备监测环境、收集数据及将数据路由传输到数据接收器的能力。典型的无线传感器网络体系架构如图1.1所示。无线传感器网络通常由大量的传感器节点、固定或移动的汇聚(sink)节点、外部网络(互联网或蜂窝网络)和客户端组成。无线传感器节点主要负责从检测环境中感知数据，并将感知到的数据以单跳或多跳的方式进行传输；汇聚节点是连接外部网络和无线传感器网络的网关，具有较多的能量和较大的内存空间；外部网络借助互联网或蜂窝网络来实现长距离的数据传输和通信；客户端则借助外部网络通过电脑或智能手机向传感器网络发送控制命令和接收来自传感器网络的数据。
　　图1.1　无线传感器网络体系架构
　　无线传感器节点具有体积小、智能化、易于扩展、成本低廉、安装部署方便的特性，这使其组成的无线传感器网络具有较好的经济性能并得到了广泛应用。但是，无线传感器节点在能量供应、计算、存储和通信方面的能力十分有限，这也给无线传感器网络的研究带来了巨大挑战。和其他类型的网络相比，无线传感器网络的瓶颈主要是资源有限，特别是能耗方面，所以在设计硬件和路由协议时需要*先考虑。因此，考虑到无线传感器节点在硬件资源上的限制，要求应用到无线传感器网络的算法和路由协议必须是特定的、轻量级的，所以不宜直接移植其他类型网络已有的算法和协议。
　　1.1.2　无线传感器网络的特点
　　无线传感器网络在当前社会中有着极为广泛的应用[2]，如环境监测、智能家居等。作为一个面向应用的网络，其主要任务就是通过收集相应的数据来检测网络部署区域内事件发生的状况。相比传统的无线局域网络，无线传感器网络表现出很多自身固有的特性，主要体现在以下几个方面[3]。
　　(1)以数据为中心且数据冗余度高：传统的无线局域网络以地址为中心，网络中的每个节点在进行数据传输时以目的地址为根据，而无线传感器网络却不同，它以数据为中心，终端用户只对传感器节点所感知的数据感兴趣，而对感知数据的某个传感器节点并不关心。例如，用户在查询某个区域的事件时，返回给用户的结果是事件本身，而不是监测到该事件的某个传感器节点的编号。另外，由于无线传感器网络的节点数量较多，因此在一定区域范围内的节点所监测到的数据通常具有较高的冗余度。
　　(2)网络规模庞大且传感器节点分布随机：通常情况下，无线传感器网络中的节点数目庞大，在不同的应用场景下，数目由几百到几千个，甚至几万个，并且这些节点多数情况下是随机部署的。
　　(3)节点的资源及能力受限：一般情况下，传感器节点的资源是受限的，节点由自身携带的微型电池供电，如果电池的电量耗尽，那么该节点便成为死亡节点。一旦有节点死亡，便很有可能出现“能量空洞”现象[4]。另外，受到资源及制造工艺的限制，无线传感器节点通常只具备有限的计算能力、存储能力和通信能力。所以，一般不会将很复杂的计算任务交给传感器节点执行，而是将其交给汇聚节点。
　　(4)节点具备自组织能力且网络拓扑结构易变：传感器节点具备自组织能力，能够自动进行组织和管理，构成一个分布式多跳任务型网络。由于在很多应用场景下，传感器节点被部署于自然气候条件非常恶劣的地域中，因此传感器节点很容易发生故障或损坏，节点的可靠性较差。当节点发生故障时，会导致网络的拓扑结构发生变化，因此无线传感器网络的拓扑结构是易变的。
　　(5)无线传感器网络具备很强的应用相关性：无线传感器网络是面向任务的自组织分布式网络，因此它是应用相关的。针对不同的应用场景或需求，整个网络在硬件层面和软件层面的设计上也有不同的要求和偏重。例如，在对海洋温度勘测的应用中，需要周期性地将数据返回给终端用户，而在火灾监测的应用场景下，应用对实时性的要求较高，需要及时将事件信息发送给终端用户。
　　1.1.3　无线传感器网络的研究热点
　　虽然无线传感器网络在众多领域的广泛应用给生产及生活带来了极大的便利，但是传感器节点的能量受限问题却给无线传感器网络的发展带来了一定程度的制约。因此，不同于传统无线局域网络，无线传感器网络的研究一般都围绕能耗这个主题，以下列举了该领域内的一些研究热点。
　　1. 数据收集
　　数据收集是无线传感器网络的基础问题，也是热点问题。监测区域内的传感器节点感知外部