無線傳感網中的數據傳輸調度研究

連亞波　王宏敏

摘 要：隨著信息時代的逐漸來臨，物聯網的建設也越來越完善，為信息的存儲和傳輸提供了完善的路徑，而無線傳感網是物聯網的重要組成部分，它的建設成為物聯網建設的關鍵。文章主要對無線傳感網中的數據傳輸調度進行研究，對于無線傳感網中的數據傳輸存在的問題進行分析，希望能夠促進無線傳感網中的數據傳輸調度的發展，完善物聯網的建設。

關鍵詞：無線傳感網；數據收集；傳輸調度

前言

隨著我國經濟的飛速的發展，我國人們的生活水平得到了極大的改善，計算機等電子產品在人們生活中的使用度也越來越高，據統計，我國基本上每個家庭中都至少擁有一臺計算機，而智能手機的普及程度更高，而計算機和智能手機通信的使用的基本條件就是無線傳感網中的數據傳輸調度的速度足夠快，因為人們使用計算機最基本的用處就是搜集和查閱信息，而更快的上網速度也是當前人們追求的目標，因此，建立完善的物聯網，提高無線傳感網中的數據傳輸調度的速度成為當前無線傳感網發展的主要方向。

1 無線傳感網中數據傳輸調度問題

1.1 低能耗

當前在我國的無線傳感網數據傳輸中仍然存在許多的問題，其中最主要的就是無線傳感網數據傳輸調度的設計需求與挑戰。數據傳輸調度是對網絡中數據包的傳輸時間表進行規劃。在無線網絡中，利用數據傳輸調度，時間被劃分成多個時間槽，網絡中每個等待傳輸的數據包獲得一個或多個時間槽，并在其獲得的時間槽內由源節點發送到目的節點。與操作系統中的任務調度問題類似，數據傳輸調度策略直接影響到網絡系統的運行效率和服務質量。

在設計無線傳感網中的數據傳輸調度策略時需要考慮的最大問題就是如何減少能源的損耗。近年來，我國由于大肆的興建工廠發展經濟，而對生態環境造成了嚴重的污染，而且能源危機的逐漸加劇也迫使人們加大了對綠色能源的研究，以及節能環保措施的應用，可以說節能環保已經成為時代發展的必然方向，而無線傳感網在研究時也必然會向節能環保的方向發展。無線傳感網能夠使物聯網在很大的時空規模上對物理世界實時的感知。在實際情況中，無線傳感網通常具有數百上千個節點，并且一般都部署在無人值守的環境中，由于無線傳感器節點的能量有限，并且給節點充電或者更換電池的補充電源的方法存在相當大的難度或根本不具有可實施性，因此，如何降低無線傳感器節點的能耗及延長網絡壽命，成為無線傳感網設計的主要目標之一。而在無線傳感網中造成能耗最大的就是數據傳輸的過程中所損耗的能源，因此，如何設計無線傳感網中的數據傳輸調度策略，對于減少無線傳感網使用中的能耗，減少能源的浪費有重要的作用。

1.2 低延遲

當前社會的發展非常迅速，而且信息的傳播速度也越來越快，人們希望在計算機上查閱信息時能夠更全、更廣、更及時，因此，具有實時性需求的應用是物聯網的重要應用。例如，對于基于無線傳感網的實時目標監控系統，需要保證傳感器節點采集到的目標相關數據在給定的延遲約束內傳輸到遠端的監控中心，以進行實時的目標定位、跟蹤以及識別等操作。另外，CPS也把實時性作為其核心的設計需求，過長的數據傳輸延遲不但能夠降低系統的性能，甚至會破壞控制系統的穩定性。因此，應該考慮如何設計有效的數據傳輸調度策略以提高無線傳感網系統的實時性能。但是，在實際的應用中，無線傳感網的數據傳輸過程中造成的能耗越大就會導致延遲的情況越嚴重，因此，在對無線傳感網數據傳輸調度方案設計時，通常要將數據傳輸過程中產生的能耗和數據延遲進行平衡，數據的傳輸速度的不同，所消耗的能源也不同，速度越大，所需要消耗的能源也越多，只有使能耗和傳輸速度保持平衡才能夠更好的提高數據的實時性。

在降低無線傳感網中的數據傳輸延遲時除了要保持能耗和傳輸速度的平衡外，還可以在復雜無線傳輸沖突環境下使用高時間復用度的數據傳輸調度。而高時間復用度的數據傳輸調度的主要應用原理是在避免無線沖突的條件下使盡可能多的節點同時傳輸數據，然而，隨著網絡規模的擴大，節點間的無線傳輸沖突情況變得極為復雜，因此，在復雜無線傳輸沖突環境下提高數據傳輸調度的時間復用度也是一個重要挑戰。

2 基于優選轉發的多跳可靠傳輸方案

2.1 基本思路

基于優選轉發的多跳可靠傳輸方案是當前在無線傳感網中的數據傳輸調度中使用的較為常見的一種方案，在無線傳感器網絡的數據傳輸過程中，傳輸距離、多徑衰落和信號干擾等因素都會降低包的成功接收率。已有研究給出如下結論：在噪聲功率一定和數據包長度一定的情況下，距離發送節點越近的節點接收信號的功率越強，信噪比越大，包成功接收率就越高。考慮到各種負面因素的影響，包成功接收率并不完全隨距離的增加而減小，它也具有一定的突發性。而根據該研究結果可知，如果在數據傳輸調度的過程中一味的追求高成功接受率，那么勢必會導致大量的能源被消耗和浪費，以及大量的網絡資源被占用，因為，想要提高成功接受率只要在數據傳輸時選擇距離其最近的節點接受信息，就能夠提高信噪比，從而提高成功接受率，但是如此一來需要消耗的能源量也成倍的增加，因此，需要使用基于優選轉發的多跳可靠傳輸方案來達到成功接受率和能耗之間的平衡，促進無線傳感網的發展。

2.2 方案的制定

在制定基于優選轉發的多跳可靠傳輸方案時，首先需要假設監測區內的全部網絡節點的分布符合均勻分布，由于網絡節點的分布基本上都是不均勻的，而不均勻的分布情況不利于方案的制定，而且，不能夠查出所有的網絡節點的所在位置，只能夠通過假設一種理想的狀態對其進行測算，因此，假設網絡節點分布均勻是非常必要的。其次還要確定理想點，理想點的選取是為了綜合考慮通信可靠性和能耗問題，將轉發區域限制為以理想點為圓心的圓形區域內，只有在轉發區域內的節點才能獲得轉發數據的權限，在選取理想點都就需要對數據傳輸過程中產生的能耗以及節點的數量等進行計算，從而根據所得出的結果制定最適合的方案。

3 結束語

綜上所述，對無線傳感網中的數據傳輸調度進行研究，能夠有效的較少在數據傳輸過程中產生的能耗，提高數據傳輸的速度，促進無線傳感網的迅速的發展。

參考文獻

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