連亞波　王宏敏

摘 要：隨著信息時代的逐漸來臨，物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)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(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，它的建設(shè)成為物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵。文章主要對無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度進行研究，對于無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸存在的問題進行分析，希望能夠促進無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的發(fā)展，完善物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)；數(shù)據(jù)收集；傳輸調(diào)度

前言

隨著我國經(jīng)濟的飛速的發(fā)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(chǎn)品在人們生活中的使用度也越來越高，據(jù)統(tǒng)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(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)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(wǎng)速度也是當(dāng)前人們追求的目標(biāo)，因此，建立完善的物聯(lián)網(wǎng)，提高無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的速度成為當(dāng)前無線傳感網(wǎng)發(fā)展的主要方向。

1 無線傳感網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度問題

1.1 低能耗

當(dāng)前在我國的無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)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(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的設(shè)計需求與挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度是對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的傳輸時間表進行規(guī)劃。在無線網(wǎng)絡(luò)中，利用數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度，時間被劃分成多個時間槽，網(wǎng)絡(luò)中每個等待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包獲得一個或多個時間槽，并在其獲得的時間槽內(nèi)由源節(jié)點發(fā)送到目的節(jié)點。與操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度問題類似，數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度策略直接影響到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)質(zhì)量。

在設(shè)計無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)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(fā)展經(jīng)濟，而對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)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(jié)能環(huán)保措施的應(yīng)用，可以說節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為時代發(fā)展的必然方向，而無線傳感網(wǎng)在研究時也必然會向節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。無線傳感網(wǎng)能夠使物聯(lián)網(wǎng)在很大的時空規(guī)模上對物理世界實時的感知。在實際情況中，無線傳感網(wǎng)通常具有數(shù)百上千個節(jié)點，并且一般都部署在無人值守的環(huán)境中，由于無線傳感器節(jié)點的能量有限，并且給節(jié)點充電或者更換電池的補充電源的方法存在相當(dāng)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(jié)點的能耗及延長網(wǎng)絡(luò)壽命，成為無線傳感網(wǎng)設(shè)計的主要目標(biāo)之一。而在無線傳感網(wǎng)中造成能耗最大的就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中所損耗的能源，因此，如何設(shè)計無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度策略，對于減少無線傳感網(wǎng)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(dāng)前社會的發(fā)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(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用。例如，對于基于無線傳感網(wǎng)的實時目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)，需要保證傳感器節(jié)點采集到的目標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)在給定的延遲約束內(nèi)傳輸?shù)竭h端的監(jiān)控中心，以進行實時的目標(biāo)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(shè)計需求，過長的數(shù)據(jù)傳輸延遲不但能夠降低系統(tǒng)的性能，甚至?xí)茐目刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，應(yīng)該考慮如何設(shè)計有效的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度策略以提高無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)的實時性能。但是，在實際的應(yīng)用中，無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸過程中造成的能耗越大就會導(dǎo)致延遲的情況越嚴(yán)重，因此，在對無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度方案設(shè)計時，通常要將數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的能耗和數(shù)據(jù)延遲進行平衡，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的實時性。

在降低無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)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(fù)雜無線傳輸沖突環(huán)境下使用高時間復(fù)用度的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度。而高時間復(fù)用度的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的主要應(yīng)用原理是在避免無線沖突的條件下使盡可能多的節(jié)點同時傳輸數(shù)據(jù)，然而，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，節(jié)點間的無線傳輸沖突情況變得極為復(fù)雜，因此，在復(fù)雜無線傳輸沖突環(huán)境下提高數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的時間復(fù)用度也是一個重要挑戰(zhàn)。

2 基于優(yōu)選轉(zhuǎn)發(fā)的多跳可靠傳輸方案

2.1 基本思路

基于優(yōu)選轉(zhuǎn)發(fā)的多跳可靠傳輸方案是當(dāng)前在無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度中使用的較為常見的一種方案，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)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(jié)論：在噪聲功率一定和數(shù)據(jù)包長度一定的情況下，距離發(fā)送節(jié)點越近的節(jié)點接收信號的功率越強，信噪比越大，包成功接收率就越高?？紤]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(fā)性。而根據(jù)該研究結(jié)果可知，如果在數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的過程中一味的追求高成功接受率，那么勢必會導(dǎo)致大量的能源被消耗和浪費，以及大量的網(wǎng)絡(luò)資源被占用，因為，想要提高成功接受率只要在數(shù)據(jù)傳輸時選擇距離其最近的節(jié)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(yōu)選轉(zhuǎn)發(fā)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(wǎng)的發(fā)展。

2.2 方案的制定

在制定基于優(yōu)選轉(zhuǎn)發(fā)的多跳可靠傳輸方案時，首先需要假設(shè)監(jiān)測區(qū)內(nèi)的全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布符合均勻分布，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點的所在位置，只能夠通過假設(shè)一種理想的狀態(tài)對其進行測算，因此，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(zhuǎn)發(fā)區(qū)域限制為以理想點為圓心的圓形區(qū)域內(nèi)，只有在轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點才能獲得轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的權(quán)限，在選取理想點都就需要對數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的能耗以及節(jié)點的數(shù)量等進行計算，從而根據(jù)所得出的結(jié)果制定最適合的方案。

3 結(jié)束語

綜上所述，對無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度進行研究，能夠有效的較少在數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的能耗，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，促進無線傳感網(wǎng)的迅速的發(fā)展。

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