網絡維護管理中數據收集常見問題與應用方法

李松陽，陳鶴文

（新疆油田公司數據公司，新疆 克拉瑪依 834000）

1 數據收集的研究狀況

在數據收集過程中，各類信息化技術不斷得到優化，各行各業的數字化建設得到發展，促進了無線通信技術、數字化網絡技術等的發展。在這個過程中，人們對多功能傳感器的要求逐漸增加，其中無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN）是在特定地區內，由一系列具備通信能力的低成本節點組成的自組織網絡系統，以數據為中心，能夠實現對所監測目標信息的感知及采集，再實現相關信息的反饋。區別于傳統網絡，無線傳感器網絡的節點密集，具有自適應部署環境及動態拓撲特點［1］。

在網絡維護管理過程中，為了提高網絡應用效率，必須提高數據收集水平，無線傳感器網絡的數據收集發揮了重要的作用。在無線傳感器網絡的應用過程中，數據收集非常重要，從物理世界獲取相應的數據，不同數據間存在一定的時空關聯性，也存在數據丟失及數據錯誤等問題。在網絡維護過程中，無線傳感器網絡必須充分發揮數據收集的功能，但在實際運行過程中，無線傳感器網絡的每個節點所應用的資源有限，因此需要完善無線傳感器網絡結構（見圖1），在此基礎上提高從各節點中采集數據的效率，進行高效率數據收集策略的應用，從而提高監測質量，延長網絡的生命周期。

圖1 無線傳感器網絡結構

2 網絡維護中數據收集問題

在無線傳感器網絡應用中，為了提高數據收集效率，必須降低節點間的通信消耗，減少數據傳輸量。在數據聚集方面，研究技術日益成熟，但聚集操作在一般的數據收集中并不具備良好的應用效益。在數據收集過程中，數據共享提高了傳感網絡的整體利用率，但也加大了計算量，提高了通信開銷成本，縮短了通信網路的壽命，存在一定的局限性［2］。

路由協議是數據收集的基礎，在實際操作過程中，所有的數據都要通過路由方法發送到匯聚節點，再展開后續的處理。WSN 中的路由協議實現了網絡中數據的分組，將數據從源節點通過中繼節點以多跳的方式進行轉發，路由協議能夠將分組后的數據按照最優路徑進行正確的轉發。在現階段WSN網絡協議的研究過程中，其涉及媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）協議與路由協議，具體如圖2 所示。

圖2 WSN 網絡協議分類

3 網絡維護中無線傳感器網絡數據收集方法

3.1 靜態數據收集模型

為達到無線傳感器網絡數據收集工作的要求，必須分析具體的網絡協議棧模型（見圖3），在此基礎上完善WSN 協議體系結構（見圖4）。

圖3 傳感器網絡協議棧模型

圖4 WSN 協議體系結構

圖4 中，QoS 為服務質量。在靜態數據收集模型中，匯聚節點的位置是固定的，傳感器節點需要將主動采集的數據上傳到匯聚節點，進行網絡路由協議的優化，減少節點能耗，縮短網絡運作時間。應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，因此可進行分布式算法的應用，按一定算法將節點劃分為若個簇，每個簇的所有節點所采集的數據傳送給簇首節點，進行各簇節點的分析，構造樹結構，進行數據的傳輸。這些算法的應用提高了WSN 的伸縮性，使信息能夠被傳遞出去，但網絡總功耗很大，為解決靜態數據集中問題，需要應用動態數據收集模型［3］。

3.2 動態數據收集模型

為做好網絡維護管理工作，必須完善靜態節點數據傳輸機制，進行數據移動收集器的應用。在動態數據收集模型構建的過程中，必須就數據節點的運作軌跡展開分析，從數據的收集及緩存處理入手，實現相關數據到匯聚節點的有效性傳輸，進而實現相關數據的有效性處理。靜態節點的數據傳輸有固定的模式，不能進行數據傳輸路線的有效控制，需要積極展開相應的優化工作，保障數據集市（Data Mart，DM）在數據網絡中的有效性移動，從多跳傳輸節點內部獲得相應的信息。在動態數據收集模型構建的過程中，必須做好節點移動WSN 的設計工作，進行多種移動節點的應用，保障其在不同的環境中獲得相應的數據信息。在動態數據收集模式中存在諸多移動的數據節點，這些節點發揮著數據的動態性收集作用，其移動方法包括隨機移動、受控方式的移動等。在隨機性的數據移動過程中，需要做好數據主動提交方法與數據主動查詢方法的應用，節點在主動提交的模式下會主動向匯聚節點提交網絡傳輸信息。處于主動性的數據查詢環境中，節點受到查詢需求模式的影響，會將所存儲的信息發送出去，在數據收集過程中進行多種路由方式的應用。

3.3 不同數據收集模型的對比

在網絡維護過程中，對數據收集模式的應用需要分析其網絡數據運作環境。一般而言，靜態式的數據收集方法的應用可以提高數據的收集水平，但靜態數據收集模式需要處于良好的網絡運作環境中，當數據中繼處于不穩定的環境，特別是處于多跳路由的環境時，將會提高簇首節點的能耗，不利于保持網絡處于良好的運作環境中。動態性的數據收集方法可調節性比較強，可以有效降低網絡能量損耗率，實現網絡應用壽命的延長。節點的開拓及應用更新了傳送數據路徑，提高了數據收集的效率。在數據收集過程中，匯聚節點信息的查詢及監視能在一定程度上提高網絡的時延性。為提高網絡收集效率，必須提高傳感器節點的數據傳輸效率及數據傳輸水平，減少數據收集過程中的延遲現象［4］。

改進WSN 高能效數據收集策略，在網絡數據收集過程中，各類數據匯聚節點在網絡內部進行移動，為了提高數據收集效率，必須根據網絡環境狀況進行路由的計算。以匯聚節點的運作狀況展開分析，分析數據收集點的數據傳輸狀況，實現數據的收集［5］。

4 結語

要想提高數據網絡維護管理效率，必須健全無線傳感器網絡的數據體系，解決數據計算及傳輸問題，應用高效率數據收集方法，實現網絡服務數據質量與水平的提高。