Diese Dissertation untersucht Random-Gossiping in drahtlosen Sensornetzwerken. Sensoren in drahtlosen Sensornetzwerken erzeugen Messdaten und kommunizieren diese so miteinander, dass die gewünschte Aggregation der Messungen aller Sensoren erreichbar ist. Random-Gossiping ist ein dezentrales Kommunikationsparadigma für drahtlose Sensornetzwerke. Wenn Random-Gossiping im Netzwerk angewendet wird, wacht ein Sensor in zufälliger Weise auf und tauscht Nachrichten mit seinen Nachbarsensoren aus. Kritische Probleme bei der Verwendung von Random-Gossiping für die Aggregation sind die nicht messbare Konvergenz, Verzerrung der Aggregation, die Konvergenzgeschwindigkeit, die durch die Anzahl der Kommunikationen im Netzwerk gemessen wird, und die mögliche Unterstützung mehrerer Anwendungen.

In dieser Dissertation wird ein Sensor als die Integration von Sensorik, Übertragung, Berechnung und Speicherung modelliert. Die Ermöglichung der Kommunikation zwischen Sensoren erfordert ein Cross-Layer-Design, um die Anforderungen an Effizienz und geringen Stromverbrauch zu erfüllen. Um das Cross-Layer-Design zu erleichtern, wird das Konzept des Indicating-Headers vorgeschlagen. Der Indicating-Header dient als die gemeinsame Information, die den Aggregationsstatus der Messung eines bestimmten Sensors in der Nachricht eines anderen Sensors enthält. Daher ist eine direkte Metrik der Konvergenz gegeben. Um die Verzerrung der Aggregation zu überwinden, wird die Speicherkapazität jedes Sensors mit Hilfe der Indicating-Header genutzt. Ein Sensor kann die zuvor in Speicher gespeicherten empfangenen Nachrichten verwenden, um die Verzerrung der Aggregation zu reduzieren. Es wird gezeigt, dass eine Reduktion der Verzerrung erzielbar ist, indem eine Teilmenge der Nachbarsensoren eines Sensors ausgewählt wird, um die Kommunikation durchzuführen.

Um die Konvergenzgeschwindigkeit zu verbessern, werden die Indicating-Headers beim Random-Gossiping vor der Übertragung der Nachrichten, die die Aggregationsdaten enthalten, kommuniziert. Die Information im Indicating-Header ermöglicht dem Sensor, über die Notwendigkeit einer Nachrichtenkommunikation zu entscheiden. Wenn er mit mehreren Nachbarsensoren kommuniziert, verwendet der Sensor den Indicating-Header, um nur eine Teilmenge von Nachbarsensoren für die Kommunikation auszuwählen. Eine Verringerung der Anzahl von Kommunikationen wird erreicht, während die Effizienz der Aggregation erhalten bleibt. Eine weitere Methode zur Verbesserung der Konvergenzgeschwindigkeit wird vorgeschlagen, um Sensoren zu koordinieren, die im Random-Gossiping mehrere Hops von dem Sensor entfernt sind. Wenn die Einschränkung der Netzwerktopologie vorgenommen wird, dass der Sensor und sein Nachbarsensor statisch bleiben, kann Random-Gossiping verbessert werden, indem die Kommunikation der Indicating-Headers reduziert wird. Darüber hinaus können diese Sensoren, wenn sie sich an topologischen Engpasspositionen des Netzwerks befinden, ihre Nachrichtenkommunikation verschieben, bis die Gruppen von Sensoren, die sie ”überbrücken”, eine lokale Aggregation erreicht haben. Eine derartige Übertragungsverzögerung, die auf diese Sensoren angewendet wird, reduziert weiter die Anzahl von Kommunikationen im Netzwerk.

Wenn mehrere Anwendungen im Netzwerk ausgeführt werden, muss ein Unterschied hinsichtlich der Anzahl der durchzuführenden Kommunikationen zwischen den Sensoren, die an einer bestimmten Anwendung beteiligt sind, und denen, die nicht beteiligt sind, festgestellt werden. Eine Verfeinerung des Random-Gossiping wird vorgeschlagen, indem sechs verschiedene Szenarien in Bezug auf die Beteiligung eines Sensors und seiner Nachbarsensoren in einer Anwendung betrachtet werden. Der Indicating-Header wird verwendet, um den Sensoren zu ermöglichen, zwischen den sechs verschiedenen Szenarien zu unterscheiden. Die Sensoren, die nicht an der Anwendung beteiligt sind, benötigen nach der Verfeinerung weniger Kommunikationen, während mehr Kommunikationen von den Sensoren, die an der Anwendung beteiligt sind, ausgeführt werden. Hierbei wird die Gesamtzahl der Kommunikationen im Netzwerk beibehalten.