通过LEO卫星从地理分布的物联网网络收集在线绿色数据

这篇文章主要探讨了通过低地球轨道（LEO）卫星从地理分布的物联网（IoT）网络收集在线绿色数据的课题。研究重点在于解决在动态上行链路中以能量高效的方式上传数据到LEO卫星的问题。 文章指出了物联网网络中的数据采集网关在供电方面存在瓶颈，这是限制网络吞吐量的主要因素。针对这一挑战，研究者提出了一种新的优化问题，并设计了一种在线算法来实现地理分布物联网网络中绿色数据上传。 在这个研究框架中，研究者的目标是联合最大化网络吞吐量和最小化网关的能耗，同时避免网关缓冲区溢出。为了评估所提出算法的性能，研究者通过使用真实世界数据和合成数据的模拟进行测试。模拟结果显示，与使用贪婪策略的基准相比，所提出的方法在能量消耗效率方面实现了高效率，并显著减少了队列积压。 在这篇文章中，互联网物联网（IoT）网络被广泛应用于多种应用，如用于监测自然灾害、野生动物以及气候变化相关环境参数的远程监控系统，以及精准农业和其他远程资产管理网络。文章图1展示了物联网设备和位于边缘的数据采集网关构成了数据感知和捕获系统。数据感知设备的数量巨大，这些设备一起工作以支持各种应用场景。 LEO卫星通信网络作为地面通信网络的重要补充，在近年来受到了越来越多的关注。LEO卫星与地球的距离相对较近，所以相比地球静止轨道（GEO）卫星，它们具有更低的信号传播时延和更高的带宽。这些特性使得LEO卫星在为遥远地区提供宽带互联网接入、作为地面网络的补充以及实现全球覆盖方面具有明显优势。 在物联网应用中，LEO卫星网络提供了一种手段，来补充甚至在某些情况下替代地面基础设施。特别是，对于那些地面网络覆盖不足或根本不存在的地区，LEO卫星通信网络是连接分散的物联网设备的理想选择。由于LEO卫星的轨道高度较低，它们可以提供较高的数据传输速率和较低的延迟，这对于需要实时数据处理的IoT应用至关重要。 文章中还提到，在物联网场景中，数据采集网关是网络中的关键组成部分，它们负责收集来自周边传感器的数据，并将其转发到其他网络节点或通过上行链路发送到卫星。然而，这些网关通常依靠电池或其他有限的电源供电，因此，如何在保持网络吞吐量的同时最小化能耗成为了设计时的重要考虑因素。 研究者通过构建一个优化框架，目的是在避免网关缓冲区溢出的同时，最大化网络吞吐量和最小化能耗。为了实现这一目标，提出了一种在线算法，该算法考虑了动态上行链路的特征，以有效管理数据传输过程中的资源分配。 文章的讨论表明，随着LEO卫星技术的持续发展和成本下降，未来可能会有越来越多的IoT应用利用LEO卫星网络来实现高效的远程数据收集和通信，这对于物联网的全球应用将具有重要意义。 最终，该研究为物联网网络的数据采集提供了一种新的思路，强调了在动态环境中实现能量效率和数据传输效率的重要性。通过理论分析、算法设计和仿真验证，这一方法展示了其在提高能源效率和网络性能方面的巨大潜力。随着全球物联网和LEO卫星网络技术的不断进步，这项研究对于学术界和工业界都具有重要的参考价值和启发意义。