基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動協(xié)助的數(shù)據(jù)收集策略分析

李志杰 甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

就目前為止，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在多個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在對傳感器進行應(yīng)用的過程中，主要采用電池供電的方式，由此，節(jié)點能量成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)展的主要障礙之一。作為傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)，能量空洞問題是目前最為顯著的問題之一。近年來，相關(guān)研究人員將節(jié)點引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之中對其中存在的問題進行解決，將移動節(jié)點作為數(shù)據(jù)收集器的替代角色，按照相應(yīng)的路線在網(wǎng)絡(luò)中進行發(fā)展，如果其能夠移動到傳感器節(jié)點的通信范圍之內(nèi)，節(jié)點即能夠?qū)?shù)據(jù)進行傳輸。

一、移動數(shù)據(jù)收集器及其應(yīng)用

任何具備通信功能且可進行移動的設(shè)備，均可被稱為移動數(shù)據(jù)收集器，其中也包括帶有通信功能設(shè)備的人類、動物等。因為移動數(shù)據(jù)收集器需要對多個傳感器的數(shù)據(jù)進行收集，所以不僅需要較大的空間，還需要較多的能量。為了便于對移動數(shù)據(jù)收集器進行控制，在通常情況下采用機器車來實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)收集器的功能。一般來說，單片機為機器車控制系統(tǒng)的主體，采用2輪或是4輪作為移動裝置的驅(qū)動，采用直流電機對二者進行連接，并且傳感器上的通信模塊與通信裝置基本完全匹配。并且，通信裝置也可作為專門的模塊與單片機的電路相連接，所以也需要單片機能夠具有較大的存儲容量以及較為強大的計算能力，并且豐富的外圍電路同樣不可缺少。

將移動數(shù)據(jù)收集器能否作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K目標(biāo)為依據(jù)，將其分為MS和MR兩個類型。其中MS具有移動能力的節(jié)點，不僅能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的傳感器數(shù)據(jù)進行及時接受，還能夠?qū)ζ溥M行相應(yīng)的處理。而MR并非是進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K目標(biāo)，其僅對傳感器數(shù)據(jù)收集進行負責(zé)，在移動的過程中，其能夠?qū)?shù)據(jù)進行暫時的收集，之后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給后臺。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器面臨的挑戰(zhàn)

使用移動數(shù)據(jù)收集器對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行收集，有利于降低網(wǎng)絡(luò)能量的消耗，同時也有利于減少能量空洞的問題，也就說明，對其進行應(yīng)用能夠促使網(wǎng)絡(luò)的可靠性以及連通性得到增強。但是從另一個角度來看，對移動數(shù)據(jù)收集器進行應(yīng)用，也能夠引起傳輸、延時、管理、路由等多方面的問題。為了對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器面臨的挑戰(zhàn)進行深入分析，我們有必要對各個算法的優(yōu)缺點進行對比：

（一）數(shù)據(jù)的有效性

從實際應(yīng)用的方面來看，如果數(shù)據(jù)不能夠在規(guī)定時間內(nèi)達到，那么數(shù)據(jù)就已經(jīng)失去了應(yīng)用意義。移動數(shù)據(jù)收集器主要采用的是機器車，速度相對較慢，如果需要進行移動的范圍過大，則必然會耗費大量的時間，而人手持設(shè)備對數(shù)據(jù)進行收集需要花費更多的時間，況且在實際應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)需要具有一定的時延。如此，如何保障數(shù)據(jù)的有效性成為了面臨的最嚴峻的問題。

（二）網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性

因為移動數(shù)據(jù)收集器持續(xù)處于移動的狀態(tài)之中，所以網(wǎng)絡(luò)的拓撲以及路由器均能夠碎石發(fā)生變化，如果將其應(yīng)用于對實時性要求較高的情況下，傳感器所采集的數(shù)據(jù)需要能夠即時發(fā)送至移動數(shù)據(jù)收集器，同時還需對動態(tài)路由信息進行維護。移動數(shù)據(jù)收集器在進行移動的過程中能夠?qū)ψ陨淼奈恢眯畔⑦M行傳播，所以每一個傳感器節(jié)點都能夠?qū)M行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂竭M行有效選擇，以避免消耗過多的能量。由此，如何對動態(tài)路由進行維護，是當(dāng)前面臨的重要問題之一。

（三）移動管理

移動管理中主要包括兩個方面的內(nèi)容，分貝為路徑規(guī)劃和速度控制，而移動數(shù)據(jù)收集器的行為能夠被分為非可控以及可控兩個模式。其中非可控也就是不能夠?qū)σ苿訑?shù)據(jù)收集器實施控制的運動方式，一直相對應(yīng)的移動數(shù)據(jù)收集器，其移動軌跡即可是可預(yù)測的，也可是隨機的；而可控行為，其移動軌跡通常是經(jīng)過動態(tài)選擇或是固定的。因為移動數(shù)據(jù)收集器的移動速度可分為勻速和變速兩種，所以，如何能夠根據(jù)實際應(yīng)用的需求對移動數(shù)據(jù)收集器的移動情況進行管理，屬于面臨的難點問題。

（四）節(jié)能控制策略

傳感器節(jié)點硬件平臺資源受到了一定的限制，所以對于傳感器節(jié)點的能量應(yīng)盡可能的節(jié)約使用，以促使網(wǎng)絡(luò)的使用壽命得到延長。在進行實際應(yīng)用的過程中，移動數(shù)據(jù)收集器經(jīng)過移動后會重新構(gòu)建路由消耗的節(jié)點能量，從而實現(xiàn)了大幅度的節(jié)約能量。以此為基礎(chǔ)，將傳感器的工作頻率盡量減低以及將數(shù)據(jù)傳輸量盡量減少等相關(guān)的節(jié)能策略，還需進行進一步的研究。

三、典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器算法與協(xié)議

根據(jù)上文中對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器的研究與總結(jié)，并儀器特性為根據(jù)，將對其算法與協(xié)議進行分析，以促使其應(yīng)用價值得到提高。

（一）綜合能量與延時

對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器來說，其中最主要的矛盾就是能耗與延時，如果移動數(shù)據(jù)收集器對于每一個傳感器來說都屬于單跳傳輸，再次情況下，雖然能夠處于最低狀態(tài)，但是延時也處于最大狀態(tài)；如果全部傳感器均采用多跳傳輸?shù)姆绞?，那么則能夠有效將延時控制到最短，此時無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器將能夠退化為靜態(tài)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，所以，必須在能耗與延時之間尋找一個平衡點。

對該問題進行解決，可以在將數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)完成的基礎(chǔ)之上，實施最小化的時延。在每一輪中，移動數(shù)據(jù)收集器都會與某一個傳感器出現(xiàn)一個或是多個交互，并且在每一次交互過程中，移動數(shù)據(jù)收集器進行移動的距離均為一個位置間隔。

（二）綜合路由與代價

對于具有實時要求的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動數(shù)據(jù)收集器，傳感器需要立即將數(shù)據(jù)傳輸至移動數(shù)據(jù)收集器，所以其自身的路由表必須得到及時的更新。當(dāng)移動數(shù)據(jù)收集器由一個訪問點向下一個訪問點進行移動時，需要將以跳通信范圍內(nèi)的傳感器作為其根節(jié)點，對路由樹進行再一次的構(gòu)造。移動數(shù)據(jù)收集器能夠?qū)ψ陨懋?dāng)前的位置進行廣播，是每一個傳感器都能夠?qū)χ粮?jié)點的最短的路徑進行選擇，同時還能夠?qū)β酚尚畔⑦M行及時的更新。該方法雖然看似較為簡單，但是需要消耗大量的能耗，并增加了數(shù)據(jù)包丟失的幾率以及數(shù)據(jù)出錯的幾率，那么為了避免以上多種不良情況出現(xiàn)，可將傳感器路由僅更新部分，并可對參數(shù)進行調(diào)整。

四 結(jié)束語

近年來，無線傳感網(wǎng)絡(luò)得到了高速的發(fā)展，移動數(shù)據(jù)收集在其中占據(jù)著越來越主要的地位，對其收集策略進行分析。有利于提升其使用效率。