A Scalable Two-Hop Multi-Sink Wireless Sensor Network for Data Collection in Large-Scale Smart Manufacturing Facilities

计算机科学 无线传感器网络 计算机网络 无线传感器网络中的密钥分配 可扩展性 无线 能源消耗 水槽(地理) 分布式计算 实时计算 比例(比率) 移动无线传感器网络 无线网络 高效能源利用
作者
Cong Gao,Zhongmin Wang,Yanping Chen,Zhenzhou Tian
出处
期刊:Journal of Information Science and Engineering 卷期号:36 (4): 795-819
标识
DOI:10.6688/jise.202007_36(4).0007
摘要

In industrial fields, wireless sensor networks have been massively deployed for the pur-pose of data collection. For the various application scenarios of smart manufacturing in Industry 4.0, versatile production tasks demand dynamic features both in production lines and manufacturing processes. Therefore, the design and performance of the corresponding data collection mechanisms are facing unprecedented challenges. In this work, we propose a unified data description and management framework. This framework possesses high flexibility that it is able to identify an unknown data type and accord an adequate description. Besides, the scalability of this framework enables the provision of handy interfaces for the exploitation of stored data. Then, we develop two network connectivity models in one dimension and two dimensions. These two models greatly facilitate the measurement of the level of connectivity for a wireless sensor network. At last, we elaborate a two-hop multi-sink routing scheme to alleviate the flooding problem. This scheme contains a novel r-Kruskal algorithm for the sink nodes and an efficient two-hop routing method for the whole network. The flooding effect can be neatly controlled with the two-hop scheme. Extensive experiments are conducted to evaluate our proposal. Simulation results show that our model has excellent adaptability to the scale of the network and possesses satisfactory performance in terms of both message overhead and data availability.
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