無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動充電和數(shù)據(jù)收集途徑

高偉 葉金成

杭州檀木科技有限公司 浙江杭州 310051

關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大體上分為三個(gè)階段，即傳感器、無線傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有規(guī)模大、可靠性高等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)收集工作，但因傳感器工作期間消耗的能量比較大，而傳統(tǒng)電池對傳感器網(wǎng)絡(luò)有一定的限制，因此這就需要研究新型移動充電方式延長傳感器使用時(shí)長。

1 概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

所謂無線傳感器（英文簡稱為WSN），簡單來講就是一種分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)，傳感器末梢位置主要用感知外部環(huán)境和檢查外部環(huán)境，同時(shí)還能通過無線的方式實(shí)現(xiàn)通信。因此這種無線傳感器在設(shè)置上比較靈活，可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備位置，也可以與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線連接或無線連接。通過大量靜止或移動傳感器可形成一種多跳自組織的無線網(wǎng)絡(luò)，然后通過感知來實(shí)現(xiàn)對覆蓋區(qū)域內(nèi)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)，最后將獲取到的信息發(fā)給網(wǎng)絡(luò)所有者。

2 分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動充電途徑

關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動充電，其核心組成主要由基站節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)、服務(wù)站節(jié)點(diǎn)、移動充電小車以及調(diào)度路線五部分，下文就移動充電五個(gè)核心部分組成進(jìn)行簡單分析，探究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動充電方式。

其一，基站節(jié)點(diǎn)。這部分主要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心固定未知的點(diǎn)，其主要傳輸方式是利用多跳路來對整個(gè)傳感器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，收集到的信息不只有數(shù)據(jù)，還有其本身使用電量信息，另外還可對整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃調(diào)度路線。

其二，傳感器節(jié)點(diǎn)，這部分的節(jié)點(diǎn)指的是二維空間位置中的一部分節(jié)點(diǎn)，其主要目的在于檢測周圍環(huán)境實(shí)際情況，而且這些節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可通過路由的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而這種傳輸方式也在一定程度上使得這些節(jié)點(diǎn)在能量消耗率上也有所差距，但是該處傳感器節(jié)點(diǎn)電池總量是一樣的。

其三，服務(wù)站節(jié)點(diǎn)，這部分節(jié)點(diǎn)的主要用途就是供移動充電小車休息，移動小車沒有充電任務(wù)的情況下，都是在服務(wù)站節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行休息，同時(shí)補(bǔ)充自身能量；當(dāng)移動充電小車接收到充電任務(wù)后，就會從服務(wù)站節(jié)點(diǎn)出發(fā)，為傳感器節(jié)點(diǎn)提供充電服務(wù)，完成充電服務(wù)后再返回服務(wù)站節(jié)點(diǎn)。

其四，移動充電小車，簡單來講就是一種可以移動，可攜帶大容量充電的電池，而且該電池還可以與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。從整體上來講，傳感器中所有移動充電器攜帶的能量數(shù)量是相同的，都來源于基站，而且都是用于為傳感器提供點(diǎn)亮以及機(jī)械移動過程中需要用到的能量，通常情況下移動充電器會沿著基站設(shè)計(jì)好的調(diào)度路線進(jìn)行相應(yīng)的工作[1]。

其五，調(diào)度路線，主要指的是由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站根據(jù)某一時(shí)間段需要補(bǔ)充的能量對傳感器節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃，而不同的情況下，移動充電小車的調(diào)度路線也會存在一定的不同，移動小車進(jìn)行充電服務(wù)時(shí)就是根據(jù)規(guī)劃好的調(diào)度路線進(jìn)行充電工作[2]。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的途徑

其一，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三種數(shù)據(jù)收集方式。第一種為平坦型，其原理是將所有數(shù)據(jù)流量全部流向基站，從而加快基站附近的節(jié)點(diǎn)消耗能量，這種數(shù)據(jù)收集方式主要適用于規(guī)模比較小的網(wǎng)絡(luò)；第二種為層次型，其原理在于增加少量的高能量節(jié)點(diǎn)或選舉簇頭，將網(wǎng)絡(luò)采取自組織的方式分為多層次，以此來進(jìn)一步增強(qiáng)其擴(kuò)展性；第三種為無結(jié)構(gòu)型，其原理是指在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸期間，自動進(jìn)行源節(jié)點(diǎn)之間獨(dú)立集的構(gòu)建，然后通過獨(dú)立集中起來的節(jié)點(diǎn)，將其作為聚合節(jié)點(diǎn)，通過這種方式實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)聚合，同時(shí)不需要顯示維護(hù)傳輸結(jié)構(gòu)。

其二，基于流量優(yōu)化進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，根據(jù)使用技術(shù)不同可分為三種數(shù)據(jù)收集方式，第一種為最大生命期數(shù)據(jù)采集，其原理在于找到其中最大生命期數(shù)據(jù)，通過調(diào)度的方式，將獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合路徑最優(yōu)解；第二種為網(wǎng)絡(luò)相關(guān)數(shù)據(jù)收集，結(jié)合空間與時(shí)間兩大因素，通過對其臨近節(jié)點(diǎn)位置收集與數(shù)據(jù)相關(guān)的信息，最終獲得具有一定高度簡單的數(shù)據(jù)；第三種為QoS感知，指的是對于其中特殊性的服務(wù)要求，著重獲取其中的最佳數(shù)據(jù)信息。

其三，基于移動性進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，根據(jù)移動對象不同可分為兩種數(shù)據(jù)收集方式，第一種為基于移動觀測者進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，通過某些移動觀測者（比如鯨魚、斑馬等）從基站節(jié)點(diǎn)位置開始進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，穿越網(wǎng)絡(luò)，然后從附近節(jié)點(diǎn)來感知數(shù)據(jù)，收集數(shù)據(jù)，這種方式在一定程度上降低了節(jié)點(diǎn)的能量消耗；第二種為基于移動代理進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，這種方式的收集原理在于通過能量消耗比較低，具有高度可靠性的移動代理程序，依次降低數(shù)據(jù)在傳輸過程中卷入的節(jié)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)包實(shí)際數(shù)據(jù)收集工作[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集工作，作為當(dāng)前社會發(fā)展中獲取信息的重要途徑，一直受到各大行業(yè)的廣泛關(guān)注。本文首先概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，然后分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動充電設(shè)備，分析移動充電設(shè)備的工作原理，最后探究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的途徑，旨在進(jìn)一步提升移動充電效率，有效延長無線傳感器的使用時(shí)長。