【導(dǎo)讀】在無線傳感器技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)生成的傳感器數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，工程師可以在其中跟蹤參數(shù)。遠(yuǎn)距離無線通信提高了工業(yè) 4.0 的成本效率并減少了人力。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)旨在顯示傳感器節(jié)點(diǎn)周圍的快速變化，這需要快速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。如果數(shù)據(jù)到達(dá)云端存在延遲，則違背了通過傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的理念。
在無線傳感器技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)生成的傳感器數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，工程師可以在其中跟蹤參數(shù)。遠(yuǎn)距離無線通信提高了工業(yè) 4.0 的成本效率并減少了人力。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)旨在顯示傳感器節(jié)點(diǎn)周圍的快速變化，這需要快速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。如果數(shù)據(jù)到達(dá)云端存在延遲，則違背了通過傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的理念。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是實(shí)時(shí)系統(tǒng)中重要的技術(shù)之一。它由許多獨(dú)立運(yùn)行的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，可以收集、存儲(chǔ)和處理環(huán)境條件，而不依賴于預(yù)先存在的基礎(chǔ)設(shè)施。它具有低成本、小尺寸、低功耗要求、不同的傳感能力和動(dòng)態(tài)組網(wǎng)特性。有了這些參數(shù)，WSN 就適合在很少維護(hù)的地方使用，在那里它們可以收集信息并將其返回給主機(jī)進(jìn)行管理和分析。
在此類模型中，架構(gòu)涉及傳感器節(jié)點(diǎn)、連接到 GSM/GPRS 的微控制器以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)。微控制器將傳入的非結(jié)構(gòu)化傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器中。傳感器數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS模塊上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，為用戶提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)被記錄到microSD模塊中。數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在任何地方訪問，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云中。
傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)
雖然架構(gòu)在優(yōu)化性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計(jì)流程也有助于提高目標(biāo)系統(tǒng)的效率。當(dāng)數(shù)據(jù)從一點(diǎn)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)時(shí)，隨著延遲的減少，系統(tǒng)變得更加高效。減少內(nèi)部硬件延遲可能就是這樣的技術(shù)之一。因此，設(shè)計(jì)具有并行處理而不是串行架構(gòu)的系統(tǒng)可以減少計(jì)算負(fù)載并提高整體性能。
對(duì)于密集部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），發(fā)送數(shù)據(jù)的典型方式是通過靜態(tài)Sink進(jìn)行多跳或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。靠近Sink的節(jié)點(diǎn)往往會(huì)消耗更多的能量，因?yàn)樗鼈冐?fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。這會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)斷開并引發(fā)“熱點(diǎn)問題”。另一方面，為了減少數(shù)據(jù)收集的端到端延遲，Sink應(yīng)該靠近事件源。但由于事件發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的不同區(qū)域，因此無法使用靜態(tài)Sink來實(shí)現(xiàn)。
以頻率操作系統(tǒng)也可以提高處理速度。然而，這是以高功耗為代價(jià)的，這也可能引發(fā)發(fā)熱和組件老化等問題。因此，達(dá)到方法應(yīng)該涉及從網(wǎng)絡(luò)角度設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。因此，高效的網(wǎng)絡(luò)可以克服硬件設(shè)計(jì)和架構(gòu)造成的延遲。
一項(xiàng)研究表明，具有多接收器的低延遲數(shù)據(jù)收集方法可以平衡無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的功耗并降低數(shù)據(jù)傳輸延遲。在這種技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)被分成許多虛擬區(qū)域，每個(gè)虛擬區(qū)域具有三個(gè)或更少的傳感器，并且每個(gè)區(qū)域的主要單元是通過評(píng)估其剩余能量和與所有其他節(jié)點(diǎn)的距離來選擇的。
傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)
主要區(qū)域單元與移動(dòng)接收器交互，移動(dòng)接收器的能源消耗顯著減少，并且端到端延遲也減少。通過在每個(gè)DGA中選擇的領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，可以構(gòu)建節(jié)能的數(shù)據(jù)上傳路徑，并且可以調(diào)整Sink軌跡，提高數(shù)據(jù)收集時(shí)間效率。此外，借助睡眠調(diào)度和傳感半徑調(diào)整過程，可以成功減少網(wǎng)絡(luò)覆蓋的冗余以及傳感和通信的能耗。
每個(gè)數(shù)據(jù)收集區(qū)域 (DGA) 中的領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)是通過選擇策略完成的，該策略涉及 DGA 中已存在的一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)從同一 DGA 中的其他節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳到移動(dòng)接收器。在網(wǎng)絡(luò)生命周期中，移動(dòng)Sink只需要與這些進(jìn)行通信。因此，優(yōu)化數(shù)據(jù)收集的效率。
數(shù)據(jù)采集單元
網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集單元（mdpi）
但是數(shù)據(jù)收集中的冗余減少考慮了網(wǎng)絡(luò)中存在的節(jié)點(diǎn)的密度。如果網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的密度太低，則不會(huì)從該區(qū)域中選擇。反之，相反，節(jié)點(diǎn)密度高也會(huì)造成數(shù)據(jù)采集冗余度高的問題。因此，采用主動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇策略和感知半徑調(diào)整方法。對(duì)于 WSN，數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能路徑成為減少延遲的一個(gè)重要方面。
為了實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量平衡，使用了一種基于多接收器的數(shù)據(jù)收集方法。通過在每個(gè)DGA中選擇的領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，可以建立節(jié)能的數(shù)據(jù)上傳路徑。此外，借助睡眠調(diào)度和感知半徑調(diào)整策略，還可以有效減少網(wǎng)絡(luò)覆蓋的冗余以及感知和通信的能耗。
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