基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲可靠性設(shè)計與優(yōu)化研究

沈燕

江蘇省南通中等專業(yè)學校

基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲可靠性設(shè)計與優(yōu)化研究

沈燕

江蘇省南通中等專業(yè)學校

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)具有較強的綜合防范能力，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控平臺以及動態(tài)錄像能夠提高系統(tǒng)的安全性，在校車運營監(jiān)管、倉儲管理、城市交通管理等眾多領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)拓撲控制是物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)研究中最為重要的技術(shù)之一，無線傳感器的應(yīng)用使得監(jiān)測系統(tǒng)范圍不斷擴大，而基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲控制的可靠性與安全性已成為多數(shù)學者研究的重點。本文在物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測基礎(chǔ)上對拓撲可靠性進行設(shè)計與優(yōu)化研究，旨在為其應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測 拓撲可靠性 均勻分簇 優(yōu)化設(shè)計

1 前言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，物聯(lián)網(wǎng)遠程實時監(jiān)測在越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域中得到推廣應(yīng)用。目前物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在移動通信技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、Wifi技術(shù)等聯(lián)合應(yīng)用的三江源生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中能夠保證隨時掌握并監(jiān)測動態(tài)信息。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測目標的可視化是安全系統(tǒng)的極大創(chuàng)新，但是在計算、存儲以及能量資源都有限的條件下，其拓撲可靠性便成為重大的制約因素。再加上在偏遠區(qū)域或通信環(huán)境較差的范圍內(nèi)由于主干傳輸信號較差，也會影響檢測系統(tǒng)的可靠性和實用性。本文基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)對其拓撲可靠性進行分析并優(yōu)化，為偏遠區(qū)域、惡劣環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲可靠性提出動態(tài)優(yōu)化策略。

2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲可靠性設(shè)計

2.1 相關(guān)參數(shù)計算與分析

在傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的邏輯結(jié)構(gòu)合理設(shè)計是改善網(wǎng)絡(luò)使用效能、延長其壽命、提高可擴展性的重點?？紤]到偏遠區(qū)域、惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膹?fù)雜性和安全性需求，本文參照文獻資料設(shè)計方法采用均勻分簇星型混合分層結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)均衡性融合及拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性[2]。根據(jù)該結(jié)構(gòu)相關(guān)性質(zhì)和定理，可得不同層級拓撲結(jié)構(gòu)的理想與實際檢測面積，當層級為N的時候，列數(shù)、行數(shù)、節(jié)點數(shù)、簇頭節(jié)點數(shù)、理想監(jiān)測面積、實際監(jiān)測面積分別為6×N-12、6×N-12、（6×N-12）2、（2×N-4）2、（6×N-12）2·l2、（1-α）2·（6×N-12）2l2和 6×N-9、6×N-9、（6×N-9）2、（2×N-3）2、（6×N-9）2·l2、（1-α）2·（6×N-9）2l2。

2.2 可靠性量化分析

采用模冗余系統(tǒng)中的部分冗余系統(tǒng)能夠優(yōu)化數(shù)量大且耗能少的普通葉節(jié)點，節(jié)點間的實際距離依據(jù)具體需求取理想距離的（1-α）對其進行冗余處理，其中α范圍為0-1，依據(jù)相關(guān)定理可得拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性計算公式。即由m行組成的拓撲結(jié)構(gòu)可靠性為：

2.3 可靠性優(yōu)化分析

簇頭節(jié)點的可靠性是物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)中與可靠性關(guān)系最為密切的部分，也是提高其可靠性的關(guān)鍵。通過將動態(tài)倍增優(yōu)化冗余策略應(yīng)用于傳感器和協(xié)調(diào)器中能夠最大程度提高其可靠性。若將拓撲結(jié)構(gòu)的層數(shù)設(shè)置為n，將其行數(shù)設(shè)置為m，則信息傳輸部分的可靠性計算方法即可描述為：將傳感器與協(xié)調(diào)器串聯(lián)后的可靠性計算方法即為：

2.4 模擬與仿真分析

在傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性設(shè)計與優(yōu)化過程中，既要明確簇頭節(jié)點承擔著感知信息、轉(zhuǎn)發(fā)信息的雙重作用，又要選取最為優(yōu)化合理的設(shè)計方案方能保證拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性。采用均勻部署方式能夠?qū)⒋仡^節(jié)點靠近協(xié)調(diào)器位置。此時必須對簇頭節(jié)點采取冗余策略方能避免協(xié)調(diào)器節(jié)點負擔的簇頭節(jié)點使用壽命短、過早死亡引發(fā)網(wǎng)絡(luò)空洞的問題[3]。經(jīng)過模擬與仿真實驗發(fā)現(xiàn)，當剩余2個簇頭節(jié)點時，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性由于失效的簇頭節(jié)點基本對其安全性無影響；當剩余1個簇頭節(jié)點時，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性會成像整體下降趨勢，但是下降幅度并不大；只有當所有簇頭節(jié)點均失效時，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性才會下降為零。但采用簇頭節(jié)點冗余處理能夠有效避免此種情況發(fā)生，進而為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的安全性提供保證，即便是在偏遠、信號較差的區(qū)域也能充分發(fā)揮其應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的深化研究和應(yīng)用為各個領(lǐng)域均帶來了不可估量的積極作用，在安全性、便捷性、實時性方面該監(jiān)測系統(tǒng)均存有其它類型監(jiān)測系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢。本文將偏遠、環(huán)境惡劣、信號較差區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲結(jié)構(gòu)可靠性進行分析及優(yōu)化設(shè)計，通過對簇頭節(jié)點采取冗余處理極大提高其安全性，明確拓撲層級與理想和實際監(jiān)測面積的關(guān)系，并對傳感器和協(xié)調(diào)器可靠性進行量化分析，為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲的可靠性設(shè)計及優(yōu)化提供一種可行方案。但是此方法僅適用于邊界規(guī)則，大面積正方形結(jié)構(gòu)區(qū)域，如何采用合理手段對帶拐角形狀或不規(guī)則結(jié)構(gòu)的監(jiān)測區(qū)域拓撲結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計與優(yōu)化應(yīng)該成為下一步研究的重點。

[1]黃天聰,鄧禮力,薛武,等. 輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及拓撲分析[J]. 高電壓技術(shù),2015,12:3922-3928

[2]張開生,田開元,呂明,等. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 西安科技大學學報,2015,06:805-811

[3]田立勤,林闖,張琪,等. 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測拓撲可靠性設(shè)計與優(yōu)化分析[J]. 軟件學報,2014,08:1625-1639

沈燕（1982.3-），女，江蘇南通人，本科，職稱：講師 ，研究方向：計算機技術(shù)與應(yīng)用、計算機平面設(shè)計。