高偉 葉金成

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關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大體上分為三個階段，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，同時還能通過無線的方式實現(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)，然后通過感知來實現(xiàn)對覆蓋區(qū)域內(nèi)進行采集數(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、傳感器節(jié)點、服務(wù)站節(jié)點、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核心部分組成進行簡單分析，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。這部分主要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心固定未知的點，其主要傳輸方式是利用多跳路來對整個傳感器中的數(shù)據(jù)進行收集，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，這部分的節(jié)點指的是二維空間位置中的一部分節(jié)點，其主要目的在于檢測周圍環(huán)境實際情況，而且這些節(jié)點與節(jié)點之間可通過路由的方式進行數(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)點在能量消耗率上也有所差距，但是該處傳感器節(jié)點電池總量是一樣的。

其三，服務(wù)站節(jié)點，這部分節(jié)點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)點位置進行休息，同時補充自身能量；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)點出發(fā)，為傳感器節(jié)點提供充電服務(wù)，完成充電服務(wù)后再返回服務(wù)站節(jié)點。

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)點進行能量轉(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亮以及機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)計好的調(diào)度路線進行相應(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)某一時間段需要補充的能量對傳感器節(jié)點位置進行相應(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，移動小車進行充電服務(wù)時就是根據(jù)規(guī)劃好的調(diào)度路線進行充電工作[2]。

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

其一，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行數(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，以此來進一步增強其擴展性；第三種為無結(jié)構(gòu)型，其原理是指在進行數(shù)據(jù)傳輸期間，自動進行源節(jié)點之間獨立集的構(gòu)建，然后通過獨立集中起來的節(jié)點，將其作為聚合節(jié)點，通過這種方式實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)聚合，同時不需要顯示維護傳輸結(jié)構(gòu)。

其二，基于流量優(yōu)化進行數(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)合空間與時間兩大因素，通過對其臨近節(jié)點位置收集與數(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)點位置開始進行數(shù)據(jù)收集，穿越網(wǎng)絡(luò)，然后從附近節(jié)點來感知數(shù)據(jù)，收集數(shù)據(jù)，這種方式在一定程度上降低了節(jié)點的能量消耗；第二種為基于移動代理進行數(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)點以及數(shù)據(jù)包實際數(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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的途徑，旨在進一步提升移動充電效率，有效延長無線傳感器的使用時長。