9、无线传感器网络中的节能数据采集

无线传感器网络中的节能数据采集

1. 引言

随着嵌入式系统、传感设备和无线通信技术的进步，无线传感器网络应运而生。典型的传感器网络由分布在感应区域的多个无线连接的传感器节点组成。传感器节点感知周围环境并记录感应读数，这些读数被收集起来以呈现整个感应区域的测量结果。

传感器网络在军事、科学、遥感、工业、商业、交通、公共安全、医疗保健等众多领域被视为重要的传感、监测和驱动工具。市场上也有许多现成的传感器节点产品和支持软件，这使得传感器网络应用开发更加便捷，预计未来会部署更多的传感器网络。

然而，传感器节点的电池能量改进相对较小，而更换大量已部署的传感器节点的电池成本极高，在恶劣环境中甚至无法实现。因此，电池节能是传感器网络及其应用的关键问题。常见的节能方法包括让传感器节点在不使用时进入睡眠模式，以及减少传感器节点之间的数据传输量。

在许多传感器网络应用中，数据采集是一项基本活动。传统的数据采集方法是收集所有原始感应读数并存储在数据仓库中进行集中处理，或者将大量原始感应读数流式传输到处理站点进行直接分析和处理。但这些集中式方法会快速耗尽传感器节点的电池能量，因此并不节能。

为了实现节能的数据采集，基于网络内查询处理的许多新技术应运而生。通过网络内查询处理，查询被发送到传感器网络中，传感器节点在本地评估查询，从而传输（部分）查询结果而非原始感应读数，有效节省了能量成本。

2. 系统模型

传感器网络通常由分布在感应区域的多个电池供电的固定传感器节点组成。传感器节点的空间部署是传感器网络的研究问题之一，许多研究致力于在给定数量的传感器节点下最大化区域覆盖并确保网络连接性。

在典型的传感器网