1、无线温度传感 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 无线网络传感采集研究 摘要： 数据采集这项技术对我们的生活和工作提供了很多便利，本文主要介绍了无线网络传感采集技术的特点以及要求，无线网络传感器数据采集的策略，还有现如今通用的网络采集技术。 关键词： 无线网络传感、数据采集 1、 引言 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以 自组织 和多 跳 的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。 其广泛的 应用前景引起了人们的广泛关注 1 。从数据处理
2、的角度看，无线传感器网络需要对大量由单个节点采集的信息进行处理，但由于无线传感器网络节点本身通信范围和能量等方面的限制。传统的数据采集方法和技术根本无法用于无线传感器网络的数据采集，而需要开发适用于无线传感器网络的数据采集技术 2。目前，针对无线传感器网络的数据采集要求，研究者提出了许多可行和有效的方法，取得了可喜的成就，但都还存在一些困难和缺点，探讨更适于无线传感器网络的数据采集和处理方法，仍然是研究者需要深入探讨的问题。 2、 无线传感器网路中数据采集的要求 和特点 从无线传感器网络的功能结构来看，可以将无线传感器网络的功能结构抽象为基础层、网络层、数据管理与处理层和应用层。其中，数据管理
3、与处理层的功能包括对感知数据进行采集、存储、查询、分析、挖掘等操作，使用户获得有价值的信息，从而为用户提供有效的决策支持。因此，数据采集是无线传感器网络的重要研究问题之一。 在实际应用中，人们往往只是用无线传感器网络来确定某个被感知区域的某种观测指标（如温度、湿度、压力、磁场强度等）的值，而不是仅仅某个传感器节点的探测值。这反映了无线传感器网络以数据为中心（ Data Centric）的特点 3。传统网络传送的数据却往往要和节点的物理地址联系起来。以数据为中心的无线传感器网络不能原样照搬传统网络的数据采无线温度传感 2 集方式，传感器节点有限的能量和用户的实际需求也要求不能将原始数据源源不断地
4、直接发送给用户。因此，对无线传感器网络数据的处理必须要迎合以数据为在中心的特点，将从多个传感器节点提取出来的信息进行适当的处理后再传送给用户。 以数据为中心的传感器网络的基本思想是 ,把传感器视为感知数据流或感知数据源把传感器网络视为感知数据空间或感知数据库 ,把数据管理和处理作为网络的应用目标 4。表面看来，只要将无线传感器网络采集的数据组成数据库，让用户如同使用通常的数据库管理系统和数据采集系统一样处理感知数据就可以了。但是，与传统数据库管理的数据对象相比，无线传感器网络感知数据又有了许多新的特征 5。 无线传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境
5、中，遭受太阳的暴晒或者风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数量巨大，人工不能 “ 照顾 ” 每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护 6。无线传感器网络的通信保密性和安全性也十 分必要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测数据。因此，无线传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。 3、 无线传感器网路采集数据的策略 无线传感器网络环境监测原理：大量的无线传感器网络节点收集监测区域内的物理信息，分析收集信息的规律，利用冗余信息，设计模式识别算法进行判断并模拟实际情况。 在无线传感器网络中，每个节点都采集物理量信息，如光强，磁场强度，湿度，温度，声音，
6、加速度等等。然后通过无线网络传送到 Sink，再由 Sink 传送到传统的计算机或者 internet 网络上 7。在这个过程中，影响系统 性能的主要因素有两个：数据量的大小和信息发送次数。这也就涉及到采样频率和数据融合的问题。 4、 无线传感器网络系统概述 无线传感器网络是由大量的密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统。由于传感器节点数量众多，部署时只能采用随机投放的方式传感器节点的位置不能预先确定 8。在任意时刻 节点间通过无线信道连接，采用多跳（ multi-hop）、对等通信方式 (peer to peer) 、自组织网络拓扑结构；传感器节点间具有很强的协同能力，通过
7、局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交换来完成全局任务 9. 5、 无线网络体系结构及研究的主要内容 无线温度传感 3 无线传感器网络体系结构可以表示为如下图所示的结构 10。该网络体系结构由通信协议、 DSN 管理以及应用支撑技术部分组成 该结构清晰地阐述了传感器网络研究的主要内容和组成的逻辑关系。 图一、无线传感器网络体系结构 6、 常见的无线传感器网络采集技术 基于无线传感器网络以 数据为中心的特点，必须设计适用于无线传感器网络感知数据的采集方式。所设计的数据采集方式应该能满足无线传感器网络数据查询处理、低冗余度和健壮性的要求。目前，许多研究者都对无线传感器网络的数据采集方式进行了研究
8、，提出了不少解决方法，这些方法孰优孰劣，我们自然可以根据对无线传感器网络数据采集的上述要求进行评价 11。 6.1 网外离线的数据采集方式 原有的系统是一个在内部网络运行的系统 ,不支持公网浏览 ,对其进行改进其实质是在不破坏原有数据库结构 ,保持与原有数据一致性的基础上将传统的方式改成基于界面导入导 出的离线数据采集 12。传统的方法是将信息以文本的方式录入到电脑中 ,然后在数据库中使用数据导入导出功能将采集的数据导入到系统中。 6.2 聚集函数操作 采用简单的数据聚集函数，传感器节点先将收集到的数据进行某种数据聚集运算后，再将数据聚集结果发送到 Sink 节点。这也是目前广泛采用的一种数据
9、采集操作 13。相对于发送大量原始数据到基站，传感器节点对采集的数据进行聚集处理后，要发送的数据已经大大减少，因此，节点用于通信所需的能耗大大降低，常见的数据聚集操作有求和 (Sum)、求平均值 (Average)、 记数 (Count)、求最小值 (Min)/最大值 (Max)等， UC Berkeley 和 Cornell无线温度传感 4 大学的研究者分别开发出了自己相应的无线传感器网络数据查询处理平台 TinyDB 和Cougar ，其中就融合了网内聚集运算操作（ In-network aggregation），这是目前具有代表性的传感器网络数据管理系统 14。 6.3 基于模型的分布式
10、数据采集方式 在很多的工程中，到特定的应用中采集数据，并对采集到的数据进行管理是一种普遍的模式。尤其是随着网络技术的迅猛发展，对数据进行多级管理也日益成为趋势 。最典型的就是电信管理网中的操作维护中心 (OMC)，他就是一种实现了省级操作维护中心 (POMC)、本地操作维护中心 (LOMC)、操作维护模块 (OMM)三级管理的大型系统，而其中的性能统计模块又是典型的数据采集系统。以操作维护中心中的性能统计为基础，经过抽象分析，我们提出了一种基于分布式多级管理的数据采集软件模型，这种模型将适用于大部分采用多级管理模式的数据采集系统。 7、 总结 本文先阐述了无线网路传感采集技术的特点和要求，然后
11、 对目前已有无线传感器网络的数据采集方式进行分析和总结。鉴于无线网络传感采集技术的自 身特点和要求。适合于无线传感器网络的数据采集方式首先应该是分布式的。网外离线的集中式数据采集方式已被证明不能用于无线传感器网络的数据采集。其次，由于会造成数据结构和形态的丢失，单纯的数据聚集操作难于支持复杂的数据处理，也可能无法突出一些异常信息。最佳的传感器网络数据采集方式应该是分布式的网内数据采集方式。基于模型的数据采集方式有望达到此目标。 参考文献 1 I.F.Akyildiz,W.Su,Y.Sankarasubramaniam,E.Cayirci. A survey on sensor networks
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