无线传感网中的数据传输调度研究

连亚波　王宏敏

摘 要：随着信息时代的逐渐来临，物联网的建设也越来越完善，为信息的存储和传输提供了完善的路径，而无线传感网是物联网的重要组成部分，它的建设成为物联网建设的关键。文章主要对无线传感网中的数据传输调度进行研究，对于无线传感网中的数据传输存在的问题进行分析，希望能够促进无线传感网中的数据传输调度的发展，完善物联网的建设。

关键词：无线传感网；数据收集；传输调度

前言

随着我国经济的飞速的发展，我国人们的生活水平得到了极大的改善，计算机等电子产品在人们生活中的使用度也越来越高，据统计，我国基本上每个家庭中都至少拥有一台计算机，而智能手机的普及程度更高，而计算机和智能手机通信的使用的基本条件就是无线传感网中的数据传输调度的速度足够快，因为人们使用计算机最基本的用处就是搜集和查阅信息，而更快的上网速度也是当前人们追求的目标，因此，建立完善的物联网，提高无线传感网中的数据传输调度的速度成为当前无线传感网发展的主要方向。

1 无线传感网中数据传输调度问题

1.1 低能耗

当前在我国的无线传感网数据传输中仍然存在许多的问题，其中最主要的就是无线传感网数据传输调度的设计需求与挑战。数据传输调度是对网络中数据包的传输时间表进行规划。在无线网络中，利用数据传输调度，时间被划分成多个时间槽，网络中每个等待传输的数据包获得一个或多个时间槽，并在其获得的时间槽内由源节点发送到目的节点。与操作系统中的任务调度问题类似，数据传输调度策略直接影响到网络系统的运行效率和服务质量。

在设计无线传感网中的数据传输调度策略时需要考虑的最大问题就是如何减少能源的损耗。近年来，我国由于大肆的兴建工厂发展经济，而对生态环境造成了严重的污染，而且能源危机的逐渐加剧也迫使人们加大了对绿色能源的研究，以及节能环保措施的应用，可以说节能环保已经成为时代发展的必然方向，而无线传感网在研究时也必然会向节能环保的方向发展。无线传感网能够使物联网在很大的时空规模上对物理世界实时的感知。在实际情况中，无线传感网通常具有数百上千个节点，并且一般都部署在无人值守的环境中，由于无线传感器节点的能量有限，并且给节点充电或者更换电池的补充电源的方法存在相当大的难度或根本不具有可实施性，因此，如何降低无线传感器节点的能耗及延长网络寿命，成为无线传感网设计的主要目标之一。而在无线传感网中造成能耗最大的就是数据传输的过程中所损耗的能源，因此，如何设计无线传感网中的数据传输调度策略，对于减少无线传感网使用中的能耗，减少能源的浪费有重要的作用。

1.2 低延迟

当前社会的发展非常迅速，而且信息的传播速度也越来越快，人们希望在计算机上查阅信息时能够更全、更广、更及时，因此，具有实时性需求的应用是物联网的重要应用。例如，对于基于无线传感网的实时目标监控系统，需要保证传感器节点采集到的目标相关数据在给定的延迟约束内传输到远端的监控中心，以进行实时的目标定位、跟踪以及识别等操作。另外，CPS也把实时性作为其核心的设计需求，过长的数据传输延迟不但能够降低系统的性能，甚至会破坏控制系统的稳定性。因此，应该考虑如何设计有效的数据传输调度策略以提高无线传感网系统的实时性能。但是，在实际的应用中，无线传感网的数据传输过程中造成的能耗越大就会导致延迟的情况越严重，因此，在对无线传感网数据传输调度方案设计时，通常要将数据传输过程中产生的能耗和数据延迟进行平衡，数据的传输速度的不同，所消耗的能源也不同，速度越大，所需要消耗的能源也越多，只有使能耗和传输速度保持平衡才能够更好的提高数据的实时性。

在降低无线传感网中的数据传输延迟时除了要保持能耗和传输速度的平衡外，还可以在复杂无线传输冲突环境下使用高时间复用度的数据传输调度。而高时间复用度的数据传输调度的主要应用原理是在避免无线冲突的条件下使尽可能多的节点同时传输数据，然而，随着网络规模的扩大，节点间的无线传输冲突情况变得极为复杂，因此，在复杂无线传输冲突环境下提高数据传输调度的时间复用度也是一个重要挑战。

2 基于优选转发的多跳可靠传输方案

2.1 基本思路

基于优选转发的多跳可靠传输方案是当前在无线传感网中的数据传输调度中使用的较为常见的一种方案，在无线传感器网络的数据传输过程中，传输距离、多径衰落和信号干扰等因素都会降低包的成功接收率。已有研究给出如下结论：在噪声功率一定和数据包长度一定的情况下，距离发送节点越近的节点接收信号的功率越强，信噪比越大，包成功接收率就越高。考虑到各种负面因素的影响，包成功接收率并不完全随距离的增加而减小，它也具有一定的突发性。而根据该研究结果可知，如果在数据传输调度的过程中一味的追求高成功接受率，那么势必会导致大量的能源被消耗和浪费，以及大量的网络资源被占用，因为，想要提高成功接受率只要在数据传输时选择距离其最近的节点接受信息，就能够提高信噪比，从而提高成功接受率，但是如此一来需要消耗的能源量也成倍的增加，因此，需要使用基于优选转发的多跳可靠传输方案来达到成功接受率和能耗之间的平衡，促进无线传感网的发展。

2.2 方案的制定

在制定基于优选转发的多跳可靠传输方案时，首先需要假设监测区内的全部网络节点的分布符合均匀分布，由于网络节点的分布基本上都是不均匀的，而不均匀的分布情况不利于方案的制定，而且，不能够查出所有的网络节点的所在位置，只能够通过假设一种理想的状态对其进行测算，因此，假设网络节点分布均匀是非常必要的。其次还要确定理想点，理想点的选取是为了综合考虑通信可靠性和能耗问题，将转发区域限制为以理想点为圆心的圆形区域内，只有在转发区域内的节点才能获得转发数据的权限，在选取理想点都就需要对数据传输过程中产生的能耗以及节点的数量等进行计算，从而根据所得出的结果制定最适合的方案。

3 结束语

综上所述，对无线传感网中的数据传输调度进行研究，能够有效的较少在数据传输过程中产生的能耗，提高数据传输的速度，促进无线传感网的迅速的发展。

参考文献

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