无线传感器/执行器网络数据汇集及任务协作算法研究

本书系统地阐述了无线传感器/执行器网络的研究前沿问题―数据汇集及任务协作技术。全书共9章：靠前章介绍无线传感器/执行器网络的特点和面临的挑战；第2～5章针对无线传感器/执行器网络的节点通信开销、拥塞、能耗、碰撞等问题，给出了不同应用目标下的数据汇集算法；第6～9章围绕传感器节点/执行器节点（Sensor-Actor，SA）协作和执行器节点/执行器节点（Actor-Actor，AA）协作，探讨设计了不同的任务协作算法。

第1章 概论 1
1.1 无线传感器/执行器网络 1
1.1.1 无线传感器/执行器网络概述 1
1.1.2 无线传感器/执行器网络体系结构及节点结构 3
1.1.3 无线传感器/执行器网络协议栈 6
1.1.4 无线传感器/执行器网络的应用领域 8
1.1.5 无线传感器/执行器网络实验仿真平台 10
1.2 数据汇集算法研究现状 11
1.2.1 数据汇集算法的设计目标 11
1.2.2 数据汇集算法面临的挑战 12
1.2.3 典型的数据汇集算法 13
1.2.4 负载均衡数据汇集算法研究现状 23
1.2.5 负载均衡数据汇集算法评价指标 27
1.3 任务协作算法研究现状 28
1.3.1 协作算法性能评价指标 30
1.3.2 协作面临的研究挑战 31
1.3.3 典型的协作方法 33
1.3.4 典型的协作算法 35
1.3.5 协作算法分类比较 42
参考文献 45
第2章 数据汇集树与动态交叉退避 55
2.1 数据汇集树的构造分析 56
2.1.1 退避机制对数据汇集树的影响 56
2.1.2 洪泛中的消息碰撞问题 58
2.1.3 数据汇集树的瘫痪问题 59
2.1.4 路径绕行评估与拥塞避免问题 60
2.2 动态交叉退避窗口算法 62
2.3 路由瘫痪防止策略 66
2.3.1 定义路由有效期 66
2.3.2 建立优先级父节点队列 67
2.4 仿真验证 68
2.5 小结 73
参考文献 73
第3章 静态负载均衡数据汇集树生成算法 74
3.1 LDGT-SPT算法思想 75
3.2 LDGT-SPT算法描述 77
3.2.1 相关定义 77
3.2.2 LDGT-SPT算法流程 79
3.3 LDGT-SPT算法举例与理论证明 82
3.3.1 LDGT-SPT算法举例 82
3.3.2 LDGT-SPT算法理论证明 83
3.4 仿真验证 84
3.4.1 仿真环境与参数 84
3.4.2 LDGT-SPT分组定义 85
3.4.3 仿真结果 87
3.5 小结 90
参考文献 90
第4章 基于ACO的动态负载均衡数据汇集算法 91
4.1 ACO的优点与不足 91
4.2 LDG-ACO算法原理 92
4.3 LDG-ACO算法描述 93
4.3.1 LDG-ACO算法术语与规则 93
4.3.2 LDG-ACO算法步骤 96
4.4 仿真验证 99
4.4.1 仿真环境与参数 99
4.4.2 LDG-ACO分组定义 100
4.4.3 仿真结果 101
4.5 小结 105
参考文献 106
第5章 移动执行器动态负载均衡数据汇集算法 107
5.1 执行器节点移动对网络数据流模型的影响 107
5.1.1 连续型数据流模型 107
5.1.2 查询型数据流模型 108
5.1.3 事件型数据流模型 108
5.2 LDG-MS算法思路 109
5.3 LDG-MS算法描述 110
5.3.1 LDG-MS算法规则与定义 110
5.3.2 功率控制策略 112
5.3.3 Sink_BEACON消息周期计算 114
5.3.4 LDG-MS算法伪代码 115
5.4 仿真验证 116
5.4.1 仿真环境与参数 116
5.4.2 功率控制 117
5.4.3 仿真结果 117
5.5 小结 120
参考文献 120
第6章 基于SA协作的分簇算法 121
6.1 SA协作模型特点 121
6.2 无线传感器/执行器网络分簇算法分析 122
6.3 CASA算法原理与实现 123
6.3.1 参数定义与假设条件 123
6.3.2 基本能耗公式 124
6.3.3 优化模型建立 125
6.3.4 优化模型求解 129
6.3.5 CASA算法实现 132
6.4 算法仿真与性能分析 135
6.4.1 执行器节点理想数量 135
6.4.2 基于VFA算法的执行器节点部署实验 136
6.4.3 算法通信开销 137
6.4.4 网络性能 137
6.5 小结 139
参考文献 139
第7章 AA实时协作框架 141
7.1 AA协作模型 142
7.2 任务类型分解 143
7.3 基于拍卖机制的任务分派 144
7.3.1 基于事件的动态招标范围 144
7.3.2 基于熵权的代价评估模型 148
7.3.3 无工序限制的任务指派 151
7.4 实时协作（RC）算法流程 153
7.5 算法仿真与性能分析 153
7.5.1 仿真环境与参数 153
7.5.2 算法通信开销 155
7.5.3 任务完成时间 156
7.5.4 能耗均衡 157
7.5.5 网络寿命 157
7.6 小结 158
参考文献 158
第8章 基于AA协作的单目标任务分派算法 160
8.1 单目标任务分派 161
8.1.1 最小化最大任务完成时间 161
8.1.2 执行器节点剩余能量约束 163
8.2 SOTS算法 163
8.2.1 执行器节点角色确定 164
8.2.2 标准微粒群优化算法 164
8.2.3 基于ROV规则的编码 165
8.2.4 基于NEH方法的局部搜索 165
8.2.5 算法流程和分析 167
8.3 算法仿真与性能分析 169
8.3.1 实验参数 169
8.3.2 算法性能实验 169
8.3.3 网络性能实验 170
8.4 小结 172
参考文献 173
第9章 基于AA协作的多目标任务分派算法 174
9.1 多目标优化问题的基本概念 174
9.2 多目标任务分派 176
9.2.1 最大任务完成时间 177
9.2.2 能耗均衡指标 177
9.2.3 存储成本 177
9.3 面向AA协作的多目标任务分派算法（MOTS） 178
9.3.1 多目标规范化处理 178
9.3.2 随机权值确定 178
9.3.3 执行器节点角色确定 179
9.3.4 标准微粒群优化算法 179
9.3.5 基于ROV规则的编码 180
9.3.6 多目标微粒群搜索 181
9.3.7 基于自适应学习策略的多目标局部搜索 181
9.3.8 MOTS算法流程与分析 183
9.4 算法仿真与性能分析 187
9.4.1 实验参数 187
9.4.2 算法性能实验 188
9.4.3 网络性能实验 189
9.5 小结 191
参考文献 192