無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術(shù)的研究

【摘要】隨著各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步及廣泛應(yīng)用，在很多行業(yè)中都應(yīng)用到了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，但是在實(shí)際的應(yīng)用工作中，要保證數(shù)據(jù)的良好傳輸，對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性具有較高的要求，目前所廣泛使用的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由算法設(shè)計(jì)非常的復(fù)雜，并且在設(shè)計(jì)的過程中需要考慮多種因素對(duì)于傳輸網(wǎng)絡(luò)性能的影響，本文就在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，提出基于雙網(wǎng)的觸發(fā)式鏈路管理技術(shù)，并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析研究。

【關(guān)鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；雙網(wǎng)；觸發(fā)式通訊鏈路管理技術(shù)；研究

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，融合了無線通信技術(shù)、數(shù)字電路、微系統(tǒng)技術(shù)、傳感技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)，在交通、環(huán)境、醫(yī)療、軍事等各個(gè)領(lǐng)域中都具有非常廣泛的應(yīng)用，尤其是在一些環(huán)境比較復(fù)雜的區(qū)域的檢測(cè)工作中，應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有非常好的應(yīng)用效果，隨著社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)水平都得到了有效的提升，在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性性能已經(jīng)難以滿足相關(guān)的要求，本文提出的基于雙網(wǎng)的觸發(fā)式通訊鏈路管理技術(shù)對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性性能的提升具有積極的作用，本文就主要針對(duì)其予以簡(jiǎn)單分析。

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)單介紹

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有諸多的優(yōu)良性能，并且具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)逐漸成為信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在該網(wǎng)絡(luò)中，涉及到的學(xué)科領(lǐng)域是非常的廣的，下面就對(duì)其中的一些關(guān)鍵技術(shù)予以簡(jiǎn)單介紹：

（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該部分的主要功能是聯(lián)系起各個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，使其能夠形成多跳的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究中的重點(diǎn)內(nèi)容，路由協(xié)議對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)的工作模式及通信過程的控制具有非常重要的作用。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在相關(guān)的監(jiān)控區(qū)域中，覆蓋良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于路由協(xié)議及鏈路層的效率的提升具有非常重要的作用，并且能夠?yàn)樯蠈拥哪繕?biāo)定位、時(shí)間同步、數(shù)據(jù)融合等奠定良好的基礎(chǔ)，從而有效的促進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載平衡。

（3）數(shù)據(jù)融合技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在對(duì)相關(guān)的目標(biāo)進(jìn)行觀察、檢測(cè)的過程中，存在嚴(yán)重的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，如果不對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接將其傳輸至觀察者，這會(huì)使網(wǎng)絡(luò)流量明顯增大，采用有效的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)中的冗余及部分干擾予以有效的消除，對(duì)于信息準(zhǔn)確度的提高具有積極的作用，并且能夠有效的減少網(wǎng)絡(luò)流量。

（4）時(shí)間同步，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的過程中，一個(gè)非常關(guān)鍵的內(nèi)容就是要實(shí)現(xiàn)其各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同作用。

（5）節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)，無線傳感器中各個(gè)隨機(jī)分布的傳感器節(jié)點(diǎn)在工作的過程中，能夠?qū)ψ约核幍奈恢眠M(jìn)行準(zhǔn)確、自動(dòng)的定位是非常必要的，并且其定位機(jī)制要能夠滿足分布式計(jì)算、能量高效、健壯性、自組織性等各種要求。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的雙網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的劃分難以根據(jù)具體的功能來進(jìn)行劃分，這使得相關(guān)的通訊網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)時(shí)，通訊鏈路中的冗余現(xiàn)象嚴(yán)重，這與網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能要求不相符，而在雙網(wǎng)技術(shù)中，充分的應(yīng)用了時(shí)間有效通訊子網(wǎng)絡(luò)以及能量有效通訊子網(wǎng)絡(luò)，借助于最小時(shí)間與最小能量?jī)煞矫娴膬?yōu)勢(shì)，對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間有效及能量有效方面的需求具有非常好的平衡性能。

1.雙網(wǎng)模型的提出

為了能夠在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有效的實(shí)現(xiàn)能量消耗節(jié)省的目標(biāo)，本次研究中，依據(jù)adhoc網(wǎng)絡(luò)中的SMECN與MECN設(shè)計(jì)中的相關(guān)方法，能夠使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)省能量的基礎(chǔ)上，很好的滿足無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳輸?shù)囊?，要?shí)現(xiàn)最小時(shí)間與最小能量?jī)煞矫娴脑O(shè)計(jì)目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上提出了雙網(wǎng)模型，在該模型中對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了有效的劃分，將其劃分為時(shí)間有效通訊子網(wǎng)與能量有效通訊子網(wǎng)兩個(gè)性質(zhì)不同的子網(wǎng)絡(luò)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，任意的節(jié)點(diǎn)在時(shí)間有效的通訊子網(wǎng)中，具有最小時(shí)間消耗的通訊路徑，并且在能量有效的通訊子網(wǎng)中，具有能量消耗最少的通訊路徑。

2.網(wǎng)絡(luò)假設(shè)

為了方便對(duì)本文中研究的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述，在本次研究中，需要針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作出以下的假設(shè)：

（1）假設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較好的穩(wěn)定性性能，并且網(wǎng)絡(luò)具有足夠好的健壯性，并且其節(jié)點(diǎn)保持相對(duì)靜止；

（2）假設(shè)在感知區(qū)域中，傳感器的所有節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)均勻分布的，并且其具有足夠大的分布密度，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊具有非常好的連通性；

（3）假設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)都知道自己以及鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息；

（4）假設(shè)所有傳感器節(jié)點(diǎn)具有穩(wěn)定、可靠的通訊質(zhì)量，并且相關(guān)的傳感器能夠在通訊的過程中，依據(jù)通訊距離來對(duì)自身的發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在通訊過程中的能量消耗，滿足相關(guān)的能量模型。

3.雙網(wǎng)的構(gòu)建

本次研究中的雙網(wǎng)構(gòu)建采用的是基于delaunay三角網(wǎng)的構(gòu)建方法，這是計(jì)算幾何中的一種常用的網(wǎng)絡(luò)劃分方法，delaunay三角網(wǎng)具有唯一性、最小角最大、空外接圓特性等性質(zhì)，本次研究中的基于delaunay三角網(wǎng)構(gòu)建EECN的方法主要是依據(jù)三角網(wǎng)空外接圓的特性，能量有效的通訊鏈路選擇的是那些較短的邊，應(yīng)用這種方式構(gòu)建的雙網(wǎng)具有最小能量特性，如果相關(guān)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布均勻，使得網(wǎng)絡(luò)的形式與等邊三角形接近，如果節(jié)點(diǎn)之間的通訊跳數(shù)最少，就能是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最小能量通信。

在雙網(wǎng)的構(gòu)建過程中，依據(jù)屬性的不同，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的通訊鏈路進(jìn)行有效的分組是最基本的工作，能量屬性及時(shí)間屬性是分組過程中最基本的依據(jù)，本次研究中采用的分組方法是基于delanuay三角網(wǎng)的通訊鏈路分組法，采用這種方法進(jìn)行分組，對(duì)于通訊鏈路屬性的區(qū)分具有非常重要的作用，并且在分組的過程中，只需要依據(jù)局部信息就能夠保證分組的有效性，這能夠使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中節(jié)省大量的能量。

本文中應(yīng)用到的DBCLG通訊鏈路分組方法，分組的過程中主要是依據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量有效的通訊三角形來實(shí)現(xiàn)的，如果在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中找到一個(gè)能量有效的通訊三角形，那么在該三角形中，其所包含的三條通訊鏈路都具有能量有效性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的所有的能量有效通訊三角形進(jìn)行搜索之后，未被標(biāo)記出的鏈路都是時(shí)間有效的通訊鏈路，這主要是由于時(shí)間有效的通訊鏈路通常不會(huì)在任何能量有效的通訊三角形中出現(xiàn)。

三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理及維護(hù)

1.雙網(wǎng)中的路由

本文中所指的雙網(wǎng)主要指的是邏輯上的劃分，是一種對(duì)通訊鏈路進(jìn)行分組管理的方式，在現(xiàn)實(shí)中，不存在物理意義上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，本文在對(duì)基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，采用了觸發(fā)式通訊鏈路管理來作為實(shí)例進(jìn)行分析。

要實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)的最小時(shí)間及最小能量方面的良好性能，主要采用的是構(gòu)建最小跳數(shù)及最小能量通訊網(wǎng)絡(luò)的方式來實(shí)現(xiàn)，在本次研究中，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)，只是應(yīng)用TECN與EECN將原有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在邏輯上進(jìn)行劃分，將其劃分為兩個(gè)通訊子網(wǎng)，但是對(duì)于處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)來講，在同一個(gè)時(shí)刻中，該節(jié)點(diǎn)智能屬于其中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且其在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的路由方式都是不同的，省時(shí)的路由方式或者是節(jié)能的路由方式，并且為了能夠滿足相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)變化要求，所有的節(jié)點(diǎn)都能夠在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)換。

在TECN網(wǎng)絡(luò)與EECN網(wǎng)絡(luò)的路由構(gòu)建過程中，其構(gòu)建方式是多種多樣的，并且不同的通訊子網(wǎng)可以構(gòu)建不同的路由方式，本次研究中所采用的路由方式是最短跳數(shù)的方式，在TECN網(wǎng)絡(luò)中，如果選擇最短跳數(shù)的路由構(gòu)建方式，為了有效的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，節(jié)點(diǎn)之間的通訊鏈路應(yīng)該盡量應(yīng)用較少的長(zhǎng)距通訊鏈路組成。對(duì)于EECN網(wǎng)絡(luò)來說，如果選擇了最短跳數(shù)路由構(gòu)建方式，其通訊路徑應(yīng)該盡量采用較少的短距通訊鏈路組成，采用這種路由策略，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的能量的節(jié)約具有非常重要的作用。

2.雙網(wǎng)之間的有效轉(zhuǎn)換

通過構(gòu)建雙網(wǎng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在時(shí)間與能量上分別取得較好的成果，但是由于雙網(wǎng)的建立只是邏輯上的建立，在實(shí)際的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸過程中，其傳輸過程中是通過哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸是與當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息自身的性質(zhì)有關(guān)的，如果當(dāng)前的狀態(tài)中，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于節(jié)能性能具有較高的要求，數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)該處于EECN網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，這對(duì)于節(jié)省網(wǎng)絡(luò)中的能量的消耗具有非常重要的作用，但是如果相關(guān)數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，對(duì)于實(shí)時(shí)性具有較高的要求，數(shù)據(jù)的傳輸工作應(yīng)該盡量的處于TECN網(wǎng)絡(luò)上，這能夠有效的減少網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的響應(yīng)時(shí)間，更好的滿足實(shí)時(shí)性要求。

雖然雙網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換，但是只有處于時(shí)間有效的通訊鏈路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)切換才具有實(shí)際的意義，因此，雙網(wǎng)轉(zhuǎn)換工作中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是具有時(shí)間有效的鄰居節(jié)點(diǎn)。

3.觸發(fā)式通訊鏈路的管理

鏈路管理主要是指在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)一些特殊的通訊鏈路進(jìn)行有效的管理，并在需要的時(shí)候?qū)ζ溆枰杂行У睦?，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的通訊鏈路的利用率的提升具有非常重要的作用，在實(shí)際的應(yīng)用中，要提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的綜合利用率，需要根據(jù)實(shí)際的需求選擇時(shí)間有效通訊鏈路或者能量有效通訊鏈路，在觸發(fā)式通訊鏈路的管理工作中，會(huì)為每條需要實(shí)施管理的通訊鏈路設(shè)計(jì)一個(gè)觸發(fā)器，如果需要對(duì)相關(guān)的通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)施調(diào)整，將該觸發(fā)器觸發(fā)，相關(guān)的觸發(fā)器就會(huì)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際情況來選擇最優(yōu)的通訊鏈路，這對(duì)于通訊網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間有效率及能量有效率的提升都具有非常重要的作用。

四、結(jié)束語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際的應(yīng)用中具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術(shù)，對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)性及節(jié)能性能的提升都具有非常重要的作用，本文就針對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討。

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