网络维护管理中数据收集常见问题与应用方法

2021-11-12李松阳陈鹤文

中国管理信息化 2021年20期

李松阳，陈鹤文

（新疆油田公司数据公司，新疆克拉玛依 834000）

1 数据收集的研究状况

在数据收集过程中，各类信息化技术不断得到优化，各行各业的数字化建设得到发展，促进了无线通信技术、数字化网络技术等的发展。在这个过程中，人们对多功能传感器的要求逐渐增加，其中无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是在特定地区内，由一系列具备通信能力的低成本节点组成的自组织网络系统，以数据为中心，能够实现对所监测目标信息的感知及采集，再实现相关信息的反馈。区别于传统网络，无线传感器网络的节点密集，具有自适应部署环境及动态拓扑特点［1］。

在网络维护管理过程中，为了提高网络应用效率，必须提高数据收集水平，无线传感器网络的数据收集发挥了重要的作用。在无线传感器网络的应用过程中，数据收集非常重要，从物理世界获取相应的数据，不同数据间存在一定的时空关联性，也存在数据丢失及数据错误等问题。在网络维护过程中，无线传感器网络必须充分发挥数据收集的功能，但在实际运行过程中，无线传感器网络的每个节点所应用的资源有限，因此需要完善无线传感器网络结构（见图1），在此基础上提高从各节点中采集数据的效率，进行高效率数据收集策略的应用，从而提高监测质量，延长网络的生命周期。

图1 无线传感器网络结构

2 网络维护中数据收集问题

在无线传感器网络应用中，为了提高数据收集效率，必须降低节点间的通信消耗，减少数据传输量。在数据聚集方面，研究技术日益成熟，但聚集操作在一般的数据收集中并不具备良好的应用效益。在数据收集过程中，数据共享提高了传感网络的整体利用率，但也加大了计算量，提高了通信开销成本，缩短了通信网路的寿命，存在一定的局限性［2］。

路由协议是数据收集的基础，在实际操作过程中，所有的数据都要通过路由方法发送到汇聚节点，再展开后续的处理。WSN 中的路由协议实现了网络中数据的分组，将数据从源节点通过中继节点以多跳的方式进行转发，路由协议能够将分组后的数据按照最优路径进行正确的转发。在现阶段WSN网络协议的研究过程中，其涉及媒体访问控制（Media Access Control，MAC）协议与路由协议，具体如图2 所示。

图2 WSN 网络协议分类

3 网络维护中无线传感器网络数据收集方法

3.1 静态数据收集模型

为达到无线传感器网络数据收集工作的要求，必须分析具体的网络协议栈模型（见图3），在此基础上完善WSN 协议体系结构（见图4）。

图3 传感器网络协议栈模型

图4 WSN 协议体系结构

图4 中，QoS 为服务质量。在静态数据收集模型中，汇聚节点的位置是固定的，传感器节点需要将主动采集的数据上传到汇聚节点，进行网络路由协议的优化，减少节点能耗，缩短网络运作时间。应用的汇集算法包括集中式算法、分布式算法，其中集中式算法成本较高，因此可进行分布式算法的应用，按一定算法将节点划分为若个簇，每个簇的所有节点所采集的数据传送给簇首节点，进行各簇节点的分析，构造树结构，进行数据的传输。这些算法的应用提高了WSN 的伸缩性，使信息能够被传递出去，但网络总功耗很大，为解决静态数据集中问题，需要应用动态数据收集模型［3］。

3.2 动态数据收集模型

为做好网络维护管理工作，必须完善静态节点数据传输机制，进行数据移动收集器的应用。在动态数据收集模型构建的过程中，必须就数据节点的运作轨迹展开分析，从数据的收集及缓存处理入手，实现相关数据到汇聚节点的有效性传输，进而实现相关数据的有效性处理。静态节点的数据传输有固定的模式，不能进行数据传输路线的有效控制，需要积极展开相应的优化工作，保障数据集市（Data Mart，DM）在数据网络中的有效性移动，从多跳传输节点内部获得相应的信息。在动态数据收集模型构建的过程中，必须做好节点移动WSN 的设计工作，进行多种移动节点的应用，保障其在不同的环境中获得相应的数据信息。在动态数据收集模式中存在诸多移动的数据节点，这些节点发挥着数据的动态性收集作用，其移动方法包括随机移动、受控方式的移动等。在随机性的数据移动过程中，需要做好数据主动提交方法与数据主动查询方法的应用，节点在主动提交的模式下会主动向汇聚节点提交网络传输信息。处于主动性的数据查询环境中，节点受到查询需求模式的影响，会将所存储的信息发送出去，在数据收集过程中进行多种路由方式的应用。

3.3 不同数据收集模型的对比

在网络维护过程中，对数据收集模式的应用需要分析其网络数据运作环境。一般而言，静态式的数据收集方法的应用可以提高数据的收集水平，但静态数据收集模式需要处于良好的网络运作环境中，当数据中继处于不稳定的环境，特别是处于多跳路由的环境时，将会提高簇首节点的能耗，不利于保持网络处于良好的运作环境中。动态性的数据收集方法可调节性比较强，可以有效降低网络能量损耗率，实现网络应用寿命的延长。节点的开拓及应用更新了传送数据路径，提高了数据收集的效率。在数据收集过程中，汇聚节点信息的查询及监视能在一定程度上提高网络的时延性。为提高网络收集效率，必须提高传感器节点的数据传输效率及数据传输水平，减少数据收集过程中的延迟现象［4］。

改进WSN 高能效数据收集策略，在网络数据收集过程中，各类数据汇聚节点在网络内部进行移动，为了提高数据收集效率，必须根据网络环境状况进行路由的计算。以汇聚节点的运作状况展开分析，分析数据收集点的数据传输状况，实现数据的收集［5］。