李志杰 甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

就目前為止，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在對(duì)傳感器進(jìn)行應(yīng)用的過程中，主要采用電池供電的方式，由此，節(jié)點(diǎn)能量成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)展的主要障礙之一。作為傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)，能量空洞問題是目前最為顯著的問題之一。近年來，相關(guān)研究人員將節(jié)點(diǎn)引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之中對(duì)其中存在的問題進(jìn)行解決，將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)收集器的替代角色，按照相應(yīng)的路線在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行發(fā)展，如果其能夠移動(dòng)到傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍之內(nèi)，節(jié)點(diǎn)即能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

一、移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器及其應(yīng)用

任何具備通信功能且可進(jìn)行移動(dòng)的設(shè)備，均可被稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器，其中也包括帶有通信功能設(shè)備的人類、動(dòng)物等。因?yàn)橐苿?dòng)數(shù)據(jù)收集器需要對(duì)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，所以不僅需要較大的空間，還需要較多的能量。為了便于對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器進(jìn)行控制，在通常情況下采用機(jī)器車來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的功能。一般來說，單片機(jī)為機(jī)器車控制系統(tǒng)的主體，采用2輪或是4輪作為移動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)，采用直流電機(jī)對(duì)二者進(jìn)行連接，并且傳感器上的通信模塊與通信裝置基本完全匹配。并且，通信裝置也可作為專門的模塊與單片機(jī)的電路相連接，所以也需要單片機(jī)能夠具有較大的存儲(chǔ)容量以及較為強(qiáng)大的計(jì)算能力，并且豐富的外圍電路同樣不可缺少。

將移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器能否作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K目標(biāo)為依據(jù)，將其分為MS和MR兩個(gè)類型。其中MS具有移動(dòng)能力的節(jié)點(diǎn)，不僅能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)接受，還能夠?qū)ζ溥M(jìn)行相應(yīng)的處理。而MR并非是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K目標(biāo)，其僅對(duì)傳感器數(shù)據(jù)收集進(jìn)行負(fù)責(zé)，在移動(dòng)的過程中，其能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行暫時(shí)的收集，之后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器面臨的挑戰(zhàn)

使用移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，有利于降低網(wǎng)絡(luò)能量的消耗，同時(shí)也有利于減少能量空洞的問題，也就說明，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用能夠促使網(wǎng)絡(luò)的可靠性以及連通性得到增強(qiáng)。但是從另一個(gè)角度來看，對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器進(jìn)行應(yīng)用，也能夠引起傳輸、延時(shí)、管理、路由等多方面的問題。為了對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行深入分析，我們有必要對(duì)各個(gè)算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比：

（一）數(shù)據(jù)的有效性

從實(shí)際應(yīng)用的方面來看，如果數(shù)據(jù)不能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到，那么數(shù)據(jù)就已經(jīng)失去了應(yīng)用意義。移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器主要采用的是機(jī)器車，速度相對(duì)較慢，如果需要進(jìn)行移動(dòng)的范圍過大，則必然會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，而人手持設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集需要花費(fèi)更多的時(shí)間，況且在實(shí)際應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)需要具有一定的時(shí)延。如此，如何保障數(shù)據(jù)的有效性成為了面臨的最嚴(yán)峻的問題。

（二）網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性

因?yàn)橐苿?dòng)數(shù)據(jù)收集器持續(xù)處于移動(dòng)的狀態(tài)之中，所以網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟约奥酚善骶軌蛩槭l(fā)生變化，如果將其應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，傳感器所采集的數(shù)據(jù)需要能夠即時(shí)發(fā)送至移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器，同時(shí)還需對(duì)動(dòng)態(tài)路由信息進(jìn)行維護(hù)。移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器在進(jìn)行移動(dòng)的過程中能夠?qū)ψ陨淼奈恢眯畔⑦M(jìn)行傳播，所以每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴崖窂竭M(jìn)行有效選擇，以避免消耗過多的能量。由此，如何對(duì)動(dòng)態(tài)路由進(jìn)行維護(hù)，是當(dāng)前面臨的重要問題之一。

（三）移動(dòng)管理

移動(dòng)管理中主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，分貝為路徑規(guī)劃和速度控制，而移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的行為能夠被分為非可控以及可控兩個(gè)模式。其中非可控也就是不能夠?qū)σ苿?dòng)數(shù)據(jù)收集器實(shí)施控制的運(yùn)動(dòng)方式，一直相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器，其移動(dòng)軌跡即可是可預(yù)測(cè)的，也可是隨機(jī)的；而可控行為，其移動(dòng)軌跡通常是經(jīng)過動(dòng)態(tài)選擇或是固定的。因?yàn)橐苿?dòng)數(shù)據(jù)收集器的移動(dòng)速度可分為勻速和變速兩種，所以，如何能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的移動(dòng)情況進(jìn)行管理，屬于面臨的難點(diǎn)問題。

（四）節(jié)能控制策略

傳感器節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)資源受到了一定的限制，所以對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)的能量應(yīng)盡可能的節(jié)約使用，以促使網(wǎng)絡(luò)的使用壽命得到延長(zhǎng)。在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的過程中，移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器經(jīng)過移動(dòng)后會(huì)重新構(gòu)建路由消耗的節(jié)點(diǎn)能量，從而實(shí)現(xiàn)了大幅度的節(jié)約能量。以此為基礎(chǔ)，將傳感器的工作頻率盡量減低以及將數(shù)據(jù)傳輸量盡量減少等相關(guān)的節(jié)能策略，還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

三、典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器算法與協(xié)議

根據(jù)上文中對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器的研究與總結(jié)，并儀器特性為根據(jù)，將對(duì)其算法與協(xié)議進(jìn)行分析，以促使其應(yīng)用價(jià)值得到提高。

（一）綜合能量與延時(shí)

對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器來說，其中最主要的矛盾就是能耗與延時(shí)，如果移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器對(duì)于每一個(gè)傳感器來說都屬于單跳傳輸，再次情況下，雖然能夠處于最低狀態(tài)，但是延時(shí)也處于最大狀態(tài)；如果全部傳感器均采用多跳傳輸?shù)姆绞?，那么則能夠有效將延時(shí)控制到最短，此時(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器將能夠退化為靜態(tài)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，所以，必須在能耗與延時(shí)之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。

對(duì)該問題進(jìn)行解決，可以在將數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)完成的基礎(chǔ)之上，實(shí)施最小化的時(shí)延。在每一輪中，移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器都會(huì)與某一個(gè)傳感器出現(xiàn)一個(gè)或是多個(gè)交互，并且在每一次交互過程中，移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器進(jìn)行移動(dòng)的距離均為一個(gè)位置間隔。

（二）綜合路由與代價(jià)

對(duì)于具有實(shí)時(shí)要求的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器，傳感器需要立即將數(shù)據(jù)傳輸至移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器，所以其自身的路由表必須得到及時(shí)的更新。當(dāng)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器由一個(gè)訪問點(diǎn)向下一個(gè)訪問點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，需要將以跳通信范圍內(nèi)的傳感器作為其根節(jié)點(diǎn)，對(duì)路由樹進(jìn)行再一次的構(gòu)造。移動(dòng)數(shù)據(jù)收集器能夠?qū)ψ陨懋?dāng)前的位置進(jìn)行廣播，是每一個(gè)傳感器都能夠?qū)χ粮?jié)點(diǎn)的最短的路徑進(jìn)行選擇，同時(shí)還能夠?qū)β酚尚畔⑦M(jìn)行及時(shí)的更新。該方法雖然看似較為簡(jiǎn)單，但是需要消耗大量的能耗，并增加了數(shù)據(jù)包丟失的幾率以及數(shù)據(jù)出錯(cuò)的幾率，那么為了避免以上多種不良情況出現(xiàn)，可將傳感器路由僅更新部分，并可對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

四 結(jié)束語

近年來，無線傳感網(wǎng)絡(luò)得到了高速的發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)收集在其中占據(jù)著越來越主要的地位，對(duì)其收集策略進(jìn)行分析。有利于提升其使用效率。