【導讀】在無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)生成的傳感器數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸到網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，工程師可以在其中跟蹤參數。遠距離無(wú)線(xiàn)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)監控系統旨在顯示傳感器節點(diǎn)周?chē)目焖僮兓?，這需要快速、低延遲的數據傳輸。如果數據到達云端存在延遲，則違背了通過(guò)傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控系統的理念。
在無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)生成的傳感器數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸到網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，工程師可以在其中跟蹤參數。遠距離無(wú)線(xiàn)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)監控系統旨在顯示傳感器節點(diǎn)周?chē)目焖僮兓?，這需要快速、低延遲的數據傳輸。如果數據到達云端存在延遲，則違背了通過(guò)傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控系統的理念。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）是實(shí)時(shí)系統中重要的技術(shù)之一。它由許多獨立運行的傳感器節點(diǎn)組成，可以收集、存儲和處理環(huán)境條件，而不依賴(lài)于預先存在的基礎設施。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，WSN 就適合在很少維護的地方使用，在那里它們可以收集信息并將其返回給主機進(jìn)行管理和分析。
在此類(lèi)模型中，架構涉及傳感器節點(diǎn)、連接到 GSM/GPRS 的微控制器以及遠程數據庫。微控制器將傳入的非結構化傳感器數據存儲在外部存儲驅動(dòng)器中。傳感器數據通過(guò)GSM/GPRS模塊上傳至遠程監控數據庫，為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)數據。同時(shí)，數據被記錄到microSD模塊中。數據可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器在任何地方訪(fǎng)問(wèn)，數據存儲在云中。
傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)架構
雖然架構在優(yōu)化性能方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，但網(wǎng)絡(luò )和設計流程也有助于提高目標系統的效率。當數據從一點(diǎn)傳輸到另一點(diǎn)時(shí)，隨著(zhù)延遲的減少，系統變得更加高效。減少內部硬件延遲可能就是這樣的技術(shù)之一。因此，設計具有并行處理而不是串行架構的系統可以減少計算負載并提高整體性能。
對于密集部署的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN），發(fā)送數據的典型方式是通過(guò)靜態(tài)Sink進(jìn)行多跳或點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?？拷黃ink的節點(diǎn)往往會(huì )消耗更多的能量，因為它們負責接收和轉發(fā)來(lái)自整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的數據。這會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)并引發(fā)“熱點(diǎn)問(wèn)題”。另一方面，為了減少數據收集的端到端延遲，Sink應該靠近事件源。但由于事件發(fā)生在網(wǎng)絡(luò )區域內的不同區域，因此無(wú)法使用靜態(tài)Sink來(lái)實(shí)現。
以頻率操作系統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(wèn)題。因此，達到方法應該涉及從網(wǎng)絡(luò )角度設計和實(shí)現整個(gè)系統。因此，高效的網(wǎng)絡(luò )可以克服硬件設計和架構造成的延遲。
一項研究表明，具有多接收器的低延遲數據收集方法可以平衡無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的功耗并降低數據傳輸延遲。在這種技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò )被分成許多虛擬區域，每個(gè)虛擬區域具有三個(gè)或更少的傳感器，并且每個(gè)區域的主要單元是通過(guò)評估其剩余能量和與所有其他節點(diǎn)的距離來(lái)選擇的。
傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)架構
主要區域單元與移動(dòng)接收器交互，移動(dòng)接收器的能源消耗顯著(zhù)減少，并且端到端延遲也減少。通過(guò)在每個(gè)DGA中選擇的領(lǐng)導節點(diǎn)，可以構建節能的數據上傳路徑，并且可以調整Sink軌跡，提高數據收集時(shí)間效率。此外，借助睡眠調度和傳感半徑調整過(guò)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)數據收集區域 (DGA) 中的領(lǐng)導節點(diǎn)是通過(guò)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)導節點(diǎn)。這些節點(diǎn)從同一 DGA 中的其他節點(diǎn)接收數據并將數據上傳到移動(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)化數據收集的效率。
數據采集單元
網(wǎng)絡(luò )中的數據收集單元（mdpi）
但是數據收集中的冗余減少考慮了網(wǎng)絡(luò )中存在的節點(diǎn)的密度。如果網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)的密度太低，則不會(huì )從該區域中選擇。反之，相反，節點(diǎn)密度高也會(huì )造成數據采集冗余度高的問(wèn)題。因此，采用主動(dòng)節點(diǎn)選擇策略和感知半徑調整方法。對于 WSN，數據傳輸的節能路徑成為減少延遲的一個(gè)重要方面。
為了實(shí)現傳感器網(wǎng)絡(luò )中的能量平衡，使用了一種基于多接收器的數據收集方法。通過(guò)在每個(gè)DGA中選擇的領(lǐng)導節點(diǎn)，可以建立節能的數據上傳路徑。此外，借助睡眠調度和感知半徑調整策略，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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