淺析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法

周麗

摘 要：目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）已經(jīng)被廣泛和深入的應(yīng)用于各行各業(yè)中。在這種先進(jìn)信息技術(shù)的推動(dòng)下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來(lái)了信息感知的一場(chǎng)變革，并被廣泛應(yīng)用于軍事、商業(yè)等領(lǐng)域。但是，其本身存在的能量有限問(wèn)題一直是導(dǎo)致其不能進(jìn)一步發(fā)展的重要原因之一。為了很好地解決這些問(wèn)題，從節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方法入手，從多個(gè)方面了解無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度算法。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)；調(diào)度算法；異構(gòu)節(jié)點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.069

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，數(shù)量巨大的靜止或者移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，用自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。WSN具有眾多類(lèi)型的傳感器，可探測(cè)包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種情況。這些傳感器節(jié)點(diǎn)可以協(xié)作感知、采集、處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并且將這些信息發(fā)送給上一級(jí)的節(jié)點(diǎn)或者系統(tǒng)。WSN與當(dāng)今主流的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，采用的是802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。WSN以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)和商業(yè)等，并且已經(jīng)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。在預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》將WSN列為21世紀(jì)改變世界的十大新興技術(shù)之首。由此可見(jiàn)，WSN的出現(xiàn)將會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)巨大的變革。

但是，WSN的能量問(wèn)題是制約其發(fā)展的重要因素之一。在WSN中，傳感器節(jié)點(diǎn)是由電池提供其工作的全部能量。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量比較多，成千上萬(wàn)，有時(shí)傳感器所處的環(huán)境惡劣，人們不宜接觸。因此，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)能量不足時(shí)，為其再次補(bǔ)充能源是一個(gè)不切實(shí)際的做法。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量完全消耗盡時(shí)，節(jié)點(diǎn)將停止工作；當(dāng)停止工作的節(jié)點(diǎn)達(dá)到一定數(shù)量后，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法繼續(xù)正常工作，網(wǎng)絡(luò)的生存周期也將結(jié)束。由此可以看出，WSN的網(wǎng)絡(luò)生存周期依賴(lài)于節(jié)點(diǎn)的生存周期。文中所述節(jié)點(diǎn)的能量是有限的，所以，WSN的網(wǎng)絡(luò)生存周期也是有限的。但是，某些應(yīng)用環(huán)境要求WSN的工作時(shí)間要盡可能長(zhǎng)（幾個(gè)月甚至幾年），因而如何最大限度地延長(zhǎng)WSN的生存周期成為了一個(gè)需要解決的重要問(wèn)題。鑒于此，針對(duì)WSN設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題提出有效的應(yīng)對(duì)策略成為了必然，也自然而然地成為了研究WSN的一個(gè)重要方向。

1 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法

1.1 調(diào)度算法對(duì)應(yīng)用環(huán)境的支持

無(wú)線傳感網(wǎng)的一個(gè)常用應(yīng)用是監(jiān)視、檢測(cè)其設(shè)定的、感興趣的范圍。然后，將無(wú)線傳感網(wǎng)檢測(cè)到的信息匯總、上傳。這種基于應(yīng)用環(huán)境的調(diào)度方法有很大的差別，總結(jié)起來(lái)可以歸結(jié)為兩類(lèi)，即連續(xù)區(qū)域和離散區(qū)域的檢測(cè)。

1.2 調(diào)度算法能夠保持較好的網(wǎng)絡(luò)屬性

由于無(wú)線傳感網(wǎng)面臨的情況非常復(fù)雜，當(dāng)有些節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)時(shí)，整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)一定要繼續(xù)保持完整的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)連通。另外，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，比如數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延和吞吐量等要保持在正常的狀態(tài)。

1.3 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法有其自身的屬性

節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法應(yīng)該有很好的魯棒性，即要有強(qiáng)大的可擴(kuò)展能力、分布式能力。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)有其能量屬性，所以，調(diào)度算法應(yīng)該要盡量簡(jiǎn)潔，具有較低的算法復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。

1.4 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法支持節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性

雖然現(xiàn)在大多數(shù)WSN是靜態(tài)的或者是半靜態(tài)的，即節(jié)點(diǎn)在布局之后就保持靜止。但是，在WSN中，節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性這一特性是不會(huì)改變的。在未來(lái)的發(fā)展中，或許會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)的節(jié)點(diǎn)布局，所以，算法對(duì)移動(dòng)性的支持很重要。

1.5 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法對(duì)異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的支持

在WSN的實(shí)際運(yùn)用中，根據(jù)需要的不同，在同一個(gè)區(qū)域中安裝的傳感器有很多種。這些傳感器的能量、通信半徑、感知半徑極有可能不同。而在這種復(fù)雜環(huán)境下，有效調(diào)度節(jié)點(diǎn)也是設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題，尤其是當(dāng)算法應(yīng)用于實(shí)際中時(shí)這一點(diǎn)更加重要。

2 總結(jié)

目前，已有的節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法大部分是從網(wǎng)絡(luò)覆蓋的角度出發(fā)來(lái)確定傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)的。但是，在這種情況下，有可能會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而影響路由協(xié)議。因此，綜合考慮路由選擇和覆蓋性能的能量高效覆蓋控制機(jī)制的設(shè)計(jì)是值得深入研究的。

參考文獻(xiàn)

[1]黃河清，沈杰.無(wú)線傳感網(wǎng)自適應(yīng)能量驅(qū)動(dòng)簇頭輪換算法研究[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2009（05）.

[2]張?jiān)捶?淺談無(wú)線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（12）.

[3]連亞波，王宏敏.無(wú)線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（17）.

[4]馬奎，姚道遠(yuǎn)，劉海濤.無(wú)線傳感網(wǎng)基于梯度的非均勻分簇[J].光學(xué)精密工程，2009（08）.

[5]何洪路，黃河清，姚道遠(yuǎn)，等.Qualnet平臺(tái)下基于擴(kuò)頻的無(wú)線傳感網(wǎng)物理層建模[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008（01）.

[6]付耀先，姜華，劉海濤.基于無(wú)線傳感網(wǎng)擴(kuò)頻通信的跨層CSMA多用戶接入[J].光學(xué)精密工程，2008（02）.

[7]胡必武，蔡海濱.基于無(wú)線傳感網(wǎng)的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008（05）.

〔編輯：白潔〕