網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理中數(shù)據(jù)收集常見問題與應(yīng)用方法

李松陽，陳鶴文

（新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

1 數(shù)據(jù)收集的研究狀況

在數(shù)據(jù)收集過程中，各類信息化技術(shù)不斷得到優(yōu)化，各行各業(yè)的數(shù)字化建設(shè)得到發(fā)展，促進(jìn)了無線通信技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展。在這個(gè)過程中，人們對(duì)多功能傳感器的要求逐漸增加，其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是在特定地區(qū)內(nèi)，由一系列具備通信能力的低成本節(jié)點(diǎn)組成的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)為中心，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所監(jiān)測(cè)目標(biāo)信息的感知及采集，再實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的反饋。區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)密集，具有自適應(yīng)部署環(huán)境及動(dòng)態(tài)拓?fù)涮攸c(diǎn)［1］。

在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理過程中，為了提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效率，必須提高數(shù)據(jù)收集水平，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集發(fā)揮了重要的作用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)收集非常重要，從物理世界獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，不同數(shù)據(jù)間存在一定的時(shí)空關(guān)聯(lián)性，也存在數(shù)據(jù)丟失及數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問題。在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須充分發(fā)揮數(shù)據(jù)收集的功能，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)所應(yīng)用的資源有限，因此需要完善無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見圖1），在此基礎(chǔ)上提高從各節(jié)點(diǎn)中采集數(shù)據(jù)的效率，進(jìn)行高效率數(shù)據(jù)收集策略的應(yīng)用，從而提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中數(shù)據(jù)收集問題

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，為了提高數(shù)據(jù)收集效率，必須降低節(jié)點(diǎn)間的通信消耗，減少數(shù)據(jù)傳輸量。在數(shù)據(jù)聚集方面，研究技術(shù)日益成熟，但聚集操作在一般的數(shù)據(jù)收集中并不具備良好的應(yīng)用效益。在數(shù)據(jù)收集過程中，數(shù)據(jù)共享提高了傳感網(wǎng)絡(luò)的整體利用率，但也加大了計(jì)算量，提高了通信開銷成本，縮短了通信網(wǎng)路的壽命，存在一定的局限性［2］。

路由協(xié)議是數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)，在實(shí)際操作過程中，所有的數(shù)據(jù)都要通過路由方法發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，再展開后續(xù)的處理。WSN 中的路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的分組，將數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)通過中繼節(jié)點(diǎn)以多跳的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，路由協(xié)議能夠?qū)⒎纸M后的數(shù)據(jù)按照最優(yōu)路徑進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)發(fā)。在現(xiàn)階段WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究過程中，其涉及媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）協(xié)議與路由協(xié)議，具體如圖2 所示。

圖2 WSN 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分類

3 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方法

3.1 靜態(tài)數(shù)據(jù)收集模型

為達(dá)到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集工作的要求，必須分析具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧模型（見圖3），在此基礎(chǔ)上完善WSN 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)（見圖4）。

圖3 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧模型

圖4 WSN 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

圖4 中，QoS 為服務(wù)質(zhì)量。在靜態(tài)數(shù)據(jù)收集模型中，匯聚節(jié)點(diǎn)的位置是固定的，傳感器節(jié)點(diǎn)需要將主動(dòng)采集的數(shù)據(jù)上傳到匯聚節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的優(yōu)化，減少節(jié)點(diǎn)能耗，縮短網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作時(shí)間。應(yīng)用的匯集算法包括集中式算法、分布式算法，其中集中式算法成本較高，因此可進(jìn)行分布式算法的應(yīng)用，按一定算法將節(jié)點(diǎn)劃分為若個(gè)簇，每個(gè)簇的所有節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)傳送給簇首節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行各簇節(jié)點(diǎn)的分析，構(gòu)造樹結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這些算法的應(yīng)用提高了WSN 的伸縮性，使信息能夠被傳遞出去，但網(wǎng)絡(luò)總功耗很大，為解決靜態(tài)數(shù)據(jù)集中問題，需要應(yīng)用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集模型［3］。

3.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集模型

為做好網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理工作，必須完善靜態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，進(jìn)行數(shù)據(jù)移動(dòng)收集器的應(yīng)用。在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集模型構(gòu)建的過程中，必須就數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)作軌跡展開分析，從數(shù)據(jù)的收集及緩存處理入手，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的有效性傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效性處理。靜態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸有固定的模式，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸路線的有效控制，需要積極展開相應(yīng)的優(yōu)化工作，保障數(shù)據(jù)集市（Data Mart，DM）在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的有效性移動(dòng)，從多跳傳輸節(jié)點(diǎn)內(nèi)部獲得相應(yīng)的信息。在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集模型構(gòu)建的過程中，必須做好節(jié)點(diǎn)移動(dòng)WSN 的設(shè)計(jì)工作，進(jìn)行多種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，保障其在不同的環(huán)境中獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集模式中存在諸多移動(dòng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)發(fā)揮著數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性收集作用，其移動(dòng)方法包括隨機(jī)移動(dòng)、受控方式的移動(dòng)等。在隨機(jī)性的數(shù)據(jù)移動(dòng)過程中，需要做好數(shù)據(jù)主動(dòng)提交方法與數(shù)據(jù)主動(dòng)查詢方法的應(yīng)用，節(jié)點(diǎn)在主動(dòng)提交的模式下會(huì)主動(dòng)向匯聚節(jié)點(diǎn)提交網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。處于主動(dòng)性的數(shù)據(jù)查詢環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)受到查詢需求模式的影響，會(huì)將所存儲(chǔ)的信息發(fā)送出去，在數(shù)據(jù)收集過程中進(jìn)行多種路由方式的應(yīng)用。

3.3 不同數(shù)據(jù)收集模型的對(duì)比

在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過程中，對(duì)數(shù)據(jù)收集模式的應(yīng)用需要分析其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)運(yùn)作環(huán)境。一般而言，靜態(tài)式的數(shù)據(jù)收集方法的應(yīng)用可以提高數(shù)據(jù)的收集水平，但靜態(tài)數(shù)據(jù)收集模式需要處于良好的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作環(huán)境中，當(dāng)數(shù)據(jù)中繼處于不穩(wěn)定的環(huán)境，特別是處于多跳路由的環(huán)境時(shí)，將會(huì)提高簇首節(jié)點(diǎn)的能耗，不利于保持網(wǎng)絡(luò)處于良好的運(yùn)作環(huán)境中。動(dòng)態(tài)性的數(shù)據(jù)收集方法可調(diào)節(jié)性比較強(qiáng)，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)能量損耗率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用壽命的延長(zhǎng)。節(jié)點(diǎn)的開拓及應(yīng)用更新了傳送數(shù)據(jù)路徑，提高了數(shù)據(jù)收集的效率。在數(shù)據(jù)收集過程中，匯聚節(jié)點(diǎn)信息的查詢及監(jiān)視能在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延性。為提高網(wǎng)絡(luò)收集效率，必須提高傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸效率及數(shù)據(jù)傳輸水平，減少數(shù)據(jù)收集過程中的延遲現(xiàn)象［4］。

改進(jìn)WSN 高能效數(shù)據(jù)收集策略，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集過程中，各類數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行移動(dòng)，為了提高數(shù)據(jù)收集效率，必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境狀況進(jìn)行路由的計(jì)算。以匯聚節(jié)點(diǎn)的運(yùn)作狀況展開分析，分析數(shù)據(jù)收集點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸狀況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集［5］。

4 結(jié)語

要想提高數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理效率，必須健全無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)體系，解決數(shù)據(jù)計(jì)算及傳輸問題，應(yīng)用高效率數(shù)據(jù)收集方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量與水平的提高。