支持QoS的无线传感器网络数据聚合技术研究摘要：结合数据聚合技术的特点，通过分析现有无线传感器网络的QoS研究，提出了数据聚合的三个QoS度量指标，即网络生命周期、数据时延、数据质量，讨论并分析了保证这些数据聚合QoS指标的关键技术，对于进一步深入研究无线传感器网络的数据聚合技术具有比较重要的参考价值。关键词：无线传感器网络；数据聚合；能耗；时延；数据质量；服务质量：TP393；TP212；TP301.6文献标志码：A：1001－3695(2008)01－0064－040引言??数据聚合是无线传感器网络中一种重要的节能技术[1，2]，即利用传感器节点的本地计算和存储处理能力，先对采集到的或接收到的其他传感器节点发送的多个数据进行网内处理，消除冗余信息，然后再传输处理后的数据[3]。数据聚合技术可以减少无线传感器网络中传输的分组数量，减少分组的冲突概率，提高回传探测结果的准确性，是目前无线传感器网络的一个研究热点。??数据聚合技术最初的研究目标是如何节省能量，使网络生命周期最大化。但是随着图像及视频传感器节点在无线传感器网络中的应用，如移动目标的实时跟踪、紧急事件的实时触发等，如何为这类应用提供一定的QoS支持[4，5]，保证回传数据的时延、质量等，也逐渐成为数据聚合研究必须重点考虑的问题。由于无线传感器网络中的数据回传通过节点间的协作完成，需要将多个节点采集到的数据回传至sink节点，数据间存在大量的冗余，并且无线传感器网络用户不关心单个传感器节点采集到的数据，传统网络的端到端QoS协议和度量指标已不再适用。现有的数据聚合QoS研究大多是在无线传感器网络的能耗和数据传输时延或无线传感器网络的能耗和数据准确性上进行折中[6~10]，缺乏对支持QoS数据聚合技术的全面研究。对于什么是以数据为中心的数据聚合QoS度量指标，目前也没有文献给出准确定义。??1数据聚合的QoS度量指标??从网络体系结构的角度看，数据聚合是一种介于应用层和网络层之间的技术。因此希望从应用层和网络层QoS度量指标的研究中，提出数据聚合的QoS度量指标。目前对如何度量无线传感器网络的QoS指标缺乏统一、明确的定义[4，5，11]。文献[4]中提出使用四个集合性指标，即共同时延(collectivelatency）、共同丢包率(collectivepacketloss)、共同带宽(collectivebandwidth)及信息吞吐量(informationthroughput)，来度量无线传感器网络的QoS指标；虽然其体现了以数据为中心的特点，但并没有给出每个指标的确切定义。文献[5]分析了无线传感器网络支持QoS存在的难点问题，介绍了路由和MAC协议支持QoS的现状，但是也没有明确给出无线传感器网络QoS的度量指标。文献[11]从用户的角度提出四个QoS指标来描述无线传感器网络的性能，它们分别是节点密度、数据在空间/时间上的准确性/真实性、事件从产生到递交至sink的时延、网络的生命周期。通过综合分析并结合数据聚合技术本身的特点，本文使用网络生命周期、数据时延及数据质量三个以数据为中心的指标，作为度量无线传感器网络数据聚合QoS的指标。??1)网络生命周期网络生命周期是指无线传感器网络从部署到不能为用户提供满足要求数据的时间，与具体的无线传感器网络应用相关。该指标主要取决于系统的能耗，具体包括通信能耗、控制能耗（路由、拓扑及定位信息等的维护）、计算能耗（如聚合处理）等。数据聚合技术研究的主要目标就是节省能耗，使无线传感网络的生命周期最大化。由于无线传感器网络中节点通信的能耗比计算的能耗高几个数量级[2]，数据聚合研究中通常使用网络中总的通信次数来衡量无线传感器网络的总能耗。通过减少无线传感器网络中的通信次数来延长网络的生命周期。??2)数据时延数据时延在不同的应用中有不同的定义，这里根据无线传感器网络中的不同数据传递模式来进行说明。无线传感器网络主要有基于用户查询的、事件触发的及周期性数据采集三种数据传递模式[4]。数据时延在基于用户查询的应用中是指从用户发出请求，至sink接收到无线传感器网络采集数据的时延；在事件触发应用中是指从事件发生，至sink接收到事件相关数据的时延；在周期性数据采集中是指采集到数据，到将数据回传至sink的时延。例如对于事件触发类数...