無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合關(guān)鍵問(wèn)題研究-工業(yè)控制
微電子學(xué)、嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已應(yīng)用于環(huán)境和生物監(jiān)測(cè)、工業(yè)監(jiān)控、軍事安全監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域中布置的大量傳感器節(jié)點(diǎn)，可以精密測(cè)量物理世界，提高應(yīng)用所需真實(shí)世界數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量，降低監(jiān)控成本。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一個(gè)新的計(jì)算平臺(tái)，可以無(wú)縫銜接數(shù)字世界和物理世界；它由一系列的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信能力。傳感器節(jié)點(diǎn)具有電池供電、計(jì)算存儲(chǔ)能力有限、通信帶寬低的特點(diǎn)，這使其在處理和利用所得數(shù)據(jù)時(shí)受到了限制[1]。
現(xiàn)在，具有高速計(jì)算能力、巨量存儲(chǔ)能力和高速通信帶寬特點(diǎn)的網(wǎng)格技術(shù)已經(jīng)成為在動(dòng)態(tài)虛擬社區(qū)中解決大規(guī)模分布式、異構(gòu)資源共享的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方式。
將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合起來(lái)可以有效彌補(bǔ)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不足，并且有以下一些優(yōu)勢(shì)：
(1)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知到的大量數(shù)據(jù)可以利用網(wǎng)格處理。
網(wǎng)格擁有的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源可以對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)收集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)。
(2)一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所得的數(shù)據(jù)可以同時(shí)被多個(gè)網(wǎng)格應(yīng)用使用。
同一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所得數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)格平臺(tái)同時(shí)被多個(gè)應(yīng)用程序使用，傳感數(shù)據(jù)使用更加方便，數(shù)據(jù)使用率同時(shí)提高。
(3) 利用網(wǎng)格可以得到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的新知識(shí)。
在網(wǎng)格中可以利用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得傳感數(shù)據(jù)的新知識(shí)。
1.相關(guān)工作
HourGlass[2]是一個(gè)網(wǎng)格和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合方案。HourGlass主要由三個(gè)部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)（DCN），傳感器接入點(diǎn)（SEP），應(yīng)用程序接入點(diǎn)（AEP）。DCN由一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的系統(tǒng)構(gòu)成，它能夠發(fā)現(xiàn)、過(guò)濾、查詢多個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。SEP能夠?qū)?yīng)用程序的數(shù)據(jù)需求映射成底層的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的操作，或者把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)路由到數(shù)據(jù)收集網(wǎng)絡(luò)（DCN）。 AEP是應(yīng)用程序連接到DCN的連接系統(tǒng),它將應(yīng)用程序的請(qǐng)求映射到基于DCN的服務(wù)上來(lái)處理。
SensorGrid[3][4]是將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合在一起構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。 SensorGrid采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由傳感節(jié)點(diǎn)、中間層和決策制定層構(gòu)成。系統(tǒng)主要考慮了分布式數(shù)據(jù)融合、分布式處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同等問(wèn)題，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、事務(wù)監(jiān)測(cè)和分類、分布式?jīng)Q策制定等工作。
2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合關(guān)鍵問(wèn)題
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格是兩個(gè)差異性很大的網(wǎng)絡(luò)，兩者在物理層、通信協(xié)議、應(yīng)用協(xié)議等各方面都不同。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格在結(jié)合過(guò)程中遇到的網(wǎng)絡(luò)連接、擴(kuò)展性、任務(wù)調(diào)度等問(wèn)題需要利用本文提出的結(jié)合框架來(lái)解決。
(1)不同網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)是通過(guò)低帶寬、高延遲和不可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線連接會(huì)由于環(huán)境噪音和信號(hào)衰減的影響造成無(wú)線通信中斷；網(wǎng)格中各種設(shè)備的互聯(lián)是通過(guò)快速和可靠的有線網(wǎng)絡(luò)。在結(jié)合框架中，
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