题目：无线传感器网络数据收集的能耗高效技术研究

无线传感器网络是由具有信息感知、信息处理和无线通信等功能的多个传感器节点所构成的新型网络，可广泛应用于军事、环保、工业和农业等众多领域。数据收集是无线传感器网络的一个基本功能，传感器节点的能量在数据收集过程中会被不断地消耗。由于应用场景和节点成本的限制，传感器节点的能量一般不可补充，因此在数据收集过程中节省节点能耗并延长网络生命周期成为了无线传感器网络研究领域中的关键问题之一。论文研究了周期监测型无线传感器网络数据收集的能耗高效技术：1．分析了传感器节点的能耗构成和无线传感器网络通信过程中的能耗影响因素。给出了两种无线传感器网络生命周期的定义。2．针对同步休眠侦听技术的能耗问题提出了负载自适应的节点非同步休眠节能方法。同步休眠侦听要求节点同时休眠和唤醒，而数据收集过程中网络节点的负载并不相同，从而会使轻负载节点被唤醒后产生大量不必要的空闲侦听和串音。不仅如此，节点同步唤醒后会同时试图发送已缓冲数据，从而引起信道争用冲突爆发。不必要的空闲侦听、串音、信道争用冲突和时钟同步开销等问题都会导致不必要的能量消耗。本文所提出的负载自适应的节点非同步休眠节能方法无须在节点间进行时钟同步，并且节点能够根据自身负载自适应地调整休眠时间，有效地节省了节点能耗。3．针对漏斗效应问题、Sink邻节点间的负载不均衡问题和传输瓶颈问题提出了基于数据流的负载均衡数据收集方法。漏斗效应造成了Sink邻节点的负载一般要高于网络中其它节点，其能耗速率也更快；传输瓶颈节点在能耗上具有类似于Sink邻节点的特征。Sink邻节点间的负载不均衡问题则会引发连锁的Sink邻节点负载过重现象并缩短网络生命周期。本文所提出的基于数据流的负载均衡数据收集方法能够将传输负载较均衡地分散于Sink邻节点之间，有效地延长了网络生命周期。进而根据数据流的概念提出了一种传输瓶颈节点的粗粒度判定方法，并在传输瓶颈节点和Sink邻节点的邻近区域引入了数据缓冲机制减少了传输控制开销，进一步地节省了这类节点的能耗。 4．为了在真实环境中对论文所提出方法进行验证，本文设计了低功耗无线传感器节点和资源分配死锁预防的轻量级操作系统。在此软硬件平台基础上，应用负载自适应的节点非同步休眠节能方法和基于数据流的负载均衡数据收集方法实现了数据收集系统原型。物理实验表明，本文方法能有效地节省节点能耗并延长网络生命周期。