無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的應(yīng)用與研究

高安平

【摘 要】現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)大信息量的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)，無(wú)線傳感在這些年已經(jīng)得到了廣泛的支持和運(yùn)用，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)三者的有機(jī)統(tǒng)一，是現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)革命上的一次重大的進(jìn)步，是值得被眾人所稱道的。它主要通過(guò)計(jì)算機(jī)基站中的節(jié)點(diǎn)相互之間傳輸數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的共享和傳播，但是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是有它固定的能量的，一旦它的能量消耗盡了，它就會(huì)停止工作，造成計(jì)算機(jī)故障。本文主要是對(duì)類似這樣的問(wèn)題做一個(gè)簡(jiǎn)要的分析，并提出一些相應(yīng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的措施建議，寄希望能對(duì)以后的研究有所幫助，能有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；應(yīng)用研究

0 前言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于現(xiàn)代信息技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)達(dá)到了家家戶戶的普及程度，無(wú)線的傳感技術(shù)在現(xiàn)今社會(huì)已經(jīng)有了很大的提升和改變，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是這些年來(lái)開(kāi)始漸漸興起的一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模式。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這個(gè)方面已經(jīng)做出了很大方面的研究，對(duì)今天我們使用無(wú)線傳感提供了大量的技術(shù)支撐，但是作為一項(xiàng)現(xiàn)在并不成熟的技術(shù)，它依然存在很多技術(shù)難題待解決，傳感器節(jié)點(diǎn)的消耗、熱點(diǎn)問(wèn)題等都是現(xiàn)在一些急需解答的難題，越晚解決越浪費(fèi)更多的網(wǎng)絡(luò)資源。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)要分析

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作原理

在一個(gè)固定的單基站無(wú)線傳感器多跳網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)有很多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，這些傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)眾多的信息的傳遞和通信，每時(shí)每刻不停的傳播接收到的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。但是，這樣傳輸數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)不是存在于每一個(gè)地方的，這需要一定技術(shù)支撐下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的覆蓋率，一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的覆蓋率越光，能夠傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)就越多，換一句話說(shuō)就是，能夠在這個(gè)地方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就更多。這是需要很大的技術(shù)支撐，畢竟網(wǎng)絡(luò)的覆蓋很難依靠個(gè)人的力量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這其中有一種比較特殊的傳感器節(jié)點(diǎn)，就是那些靠近與基站的傳感器節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗麄冇懈佣嗟墓ぷ髁浚@樣就直接導(dǎo)致了他們需要消耗更加多的能量，這是由于它們不僅僅需要傳輸自己的數(shù)據(jù)，還要作為中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)傳輸其他傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

1.2 現(xiàn)代生活中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用

上文已經(jīng)有所提及，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)在生活中的應(yīng)用和普及?？傮w而言，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用領(lǐng)域是比較廣泛的，軍事、航空、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域它都可以有所涉及，但是現(xiàn)階段運(yùn)用地比較成熟的領(lǐng)域主要有：環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、軍事領(lǐng)域以及目標(biāo)跟蹤等小范圍的運(yùn)用，進(jìn)一步的普及和發(fā)展還有待技術(shù)的成熟和優(yōu)化。在環(huán)境方面，它可以以一個(gè)定點(diǎn)跟蹤動(dòng)物，研究動(dòng)物的遷徙或者其他動(dòng)物學(xué)的各種研究；它可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)，對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展很大的作用；在醫(yī)療護(hù)理方面，主要是通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體各種活動(dòng)的監(jiān)測(cè)和記錄，通過(guò)血壓、體溫等方面的觀察鑒定人體的健康狀況。

1.3 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)析

作為一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁有很多現(xiàn)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。規(guī)模廣，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是通過(guò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的大范圍覆蓋以達(dá)到信息提取的廣度和寬度的大范圍提升，可以達(dá)到成千上萬(wàn)。這就是所謂的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模；自組織，這說(shuō)的是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)配置和管理，這是一種相當(dāng)智能化的工程設(shè)施，傳感器節(jié)點(diǎn)的位置和他們之間相鄰的位置是沒(méi)法預(yù)先估測(cè)的，是直接通過(guò)其自動(dòng)的配置和管理的；可靠性，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)各種各樣惡劣的環(huán)境，對(duì)于那些需要在惡劣環(huán)境中作業(yè)的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是拯救他們的福星；以數(shù)據(jù)為中心，這是指無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一定需要進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)來(lái)作為其運(yùn)行的基礎(chǔ)，目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)能夠?yàn)槠涮峁┳懔康臄?shù)據(jù)庫(kù)，但是確實(shí)這是其一個(gè)很明顯需要依賴互聯(lián)網(wǎng)的地方。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的有關(guān)理論

2.1 移動(dòng)基站無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

移動(dòng)基站無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要的方面就是對(duì)比現(xiàn)有的基站移動(dòng)過(guò)程中事件驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)式算法，從而進(jìn)行了新的事件驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)式算法，傳統(tǒng)的關(guān)于事件驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)式算法中的主要問(wèn)題就是廣泛的研究了基站和節(jié)點(diǎn)之間的距離，但是并沒(méi)有其他方面的研究或者只是一筆帶過(guò)，但是筆者認(rèn)為其他因素中依然還存在著影響事件驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)式算法，不可能僅僅是基站和節(jié)點(diǎn)之間的距離決定的。在研究中，筆者把移動(dòng)協(xié)助數(shù)據(jù)收集模式（簡(jiǎn)稱MADG）與傳統(tǒng)的算法相結(jié)合，構(gòu)成了一種新的事件驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)式算法，經(jīng)過(guò)寬泛的和多次的實(shí)驗(yàn)，我們得出這樣的結(jié)論：該算法能夠大幅度的增加網(wǎng)絡(luò)壽命，同時(shí)還可以做到減少丟包的作用。

2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的定位算法

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，定位技術(shù)是一項(xiàng)重要的支撐性技術(shù)，它能夠決定著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。一般使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行定位求解，但是計(jì)算機(jī)技術(shù)的定位求解是各種各樣的，每一種技術(shù)都有它的優(yōu)缺點(diǎn)，不能逐一而論。本文所進(jìn)行的研究是通過(guò)粒子群優(yōu)化定位算法來(lái)了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位。這是一種基于種群的啟發(fā)式智能進(jìn)化計(jì)算技術(shù)，最開(kāi)始的時(shí)候是用來(lái)研究鳥(niǎo)類的飛行和遷徙的，受這種思想的啟發(fā)，我們把種群理解成為粒子群，在這種群體智能模型建造中，能夠幫助我們更好的解釋這一項(xiàng)定位算法。為了更好地進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的定位算發(fā)，本文引進(jìn)了WSN定位的技術(shù)特征，對(duì)PSO算法（種群的啟發(fā)式智能進(jìn)化計(jì)算技術(shù)算法）做出了科學(xué)合理的改進(jìn)，在算法精度和性能之間進(jìn)行了平衡。

2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)用

嵌入式操作系統(tǒng)在現(xiàn)今的使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，這各個(gè)領(lǐng)域皆有其身影的出現(xiàn)，它可以完成硬件，軟件的系統(tǒng)分配；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行資源調(diào)度；控制，協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)。嵌入式操作系統(tǒng)的核心就是嵌入式微處理器，它具有很強(qiáng)大的實(shí)時(shí)任務(wù)的支持操作，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)任務(wù)的同時(shí)操作，并且中間響應(yīng)的時(shí)間也控制的很短；另一個(gè)特點(diǎn)就是它的儲(chǔ)存保護(hù)功能，這也是一項(xiàng)嵌入式操作系統(tǒng)的強(qiáng)大之處，它能夠通過(guò)強(qiáng)大的儲(chǔ)存區(qū)保護(hù)實(shí)現(xiàn)軟件模板之間的正常運(yùn)行；同時(shí)它還具有相對(duì)較小的功耗，這其實(shí)已經(jīng)很難得了，現(xiàn)在有的嵌入式操作系統(tǒng)的功耗甚至只有mW級(jí)或者μW級(jí)。不僅僅是在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面有用，在其他領(lǐng)域也有不可或缺的地位，例如在工業(yè)上的使用，能夠在電力系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床等方面實(shí)現(xiàn)人工智能控制；在交通管理上，它所具有的移動(dòng)終端的定位能夠?qū)崿F(xiàn)良好的導(dǎo)航作用；另一個(gè)方面就是在家庭智能管理中，它能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程范圍內(nèi)的對(duì)家庭電力設(shè)施的控制和操作，這會(huì)大大的豐富人們的生活的趣味性和便捷性。對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，主要體現(xiàn)在了擴(kuò)展內(nèi)存和操作系統(tǒng)方面的，能夠?qū)崿F(xiàn)多種傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)運(yùn)行并且中間切換所花費(fèi)的時(shí)間很少，這對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理具有很大的幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是現(xiàn)階段在大量進(jìn)行研究的范疇，眾多知識(shí)和技術(shù)精英在進(jìn)行著緊鑼密鼓的實(shí)驗(yàn)和操作，試圖在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中有一點(diǎn)小小的進(jìn)步，目前已經(jīng)有了大量的文獻(xiàn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了描述和解釋。本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的描述，現(xiàn)在眾多領(lǐng)域中的涉及狀況做了明顯的說(shuō)明，以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的特點(diǎn)也有相關(guān)的描述。同時(shí)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，以兩個(gè)層面的技術(shù)來(lái)進(jìn)行了仔細(xì)的說(shuō)明。

【參考文獻(xiàn)】

[1]石高濤，廖明宏.傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有負(fù)載平衡的移動(dòng)協(xié)助數(shù)據(jù)收集模式[J].軟件學(xué)報(bào)，2007（9）：2236-2242.

[2]王行甫，劉志強(qiáng)，黃秋原，等.WSN中一種改進(jìn)的邊界盒定位算法[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37（20）：57-59.

[責(zé)任編輯：王偉平]