無線傳感器網絡協作技術綜述

閻　蕾

[摘要]無線傳感器網絡研究具有重大的科學意義及應用前景。協作技術是其重要組成部分。通過介紹無線傳感器網絡協作技術，對協作技術研究中的一些熱點問題進行分析，展望無線傳感器網絡協作技術研究中一些很有前景的研究方向。

[關鍵詞]無線傳感器網絡 協作 Agent

中圖分類號：TP7文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320029－01

一、引言

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）包含大量智能傳感節點，分布在大范圍地理區域內，近似實時地監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的數據，并對數據進行處理，獲得詳盡準確的信息傳送給用戶。WSN以其監測精度高、布設靈活性強、造價低廉等特點，在軍事偵察、工業控制、交通監管、環境監測等領域具有非常廣闊的應用前景[1]。

由于單個傳感器節點的通信、處理和感知能力有限，無法處理大規模復雜問題，多數情況下不能獲取網絡全局信息，傳感節點要求具有協同通信功能。WSN的協同主要是指資源的協同、任務的協同、信號與信息的協同。資源的協同和信號與信息的協同從根本上是為任務協同服務的[2]。本文通過對協作技術研究中的一些熱點問題進行分析，展望無線傳感器網絡協作技術研究中一些很有前景的研究方向。

二、無線傳感器網絡協作技術研究熱點

（一）協作任務描述

任務描述是任務協同的基礎，任務描述能力直接影響任務分配系統的復雜性。WSN的任務描述涉及兩方面的內容，即對任務功能進行描述和對參與任務的節點進行描述。根據WSN的特點，感知任務可以從面向應用和面向任務分配兩個角度加以描述。

文獻[3]分析比較了當前具有代表性的幾種無線傳感器網絡任務描述方式，如有向無環圖、抽象任務圖、基于角色的任務圖、類SQL查詢語言描述等。目前并沒有一種任務描述方式能同時從兩個角度出發有效地對任務進行描述。

（二）協作信號處理

協作信號信息處理協作信號信息處理（collaborative signal and informasion processing，CSIP）技術。文獻[4]描述了CSIP針對WSN網絡的特點，在數據表達、存儲、傳輸和處理等方面研究新的方法和算法來滿足應用對信息精度、網絡節能、低延遲、可擴展和高可靠的要求。

文獻[5]分析WSN的特點和CSIP的需求，討論它的一般流程和主要處理模式，接著結合功能框架，歸納并總結目前已有的主要方法。CSIP基于節點間的協商和合作，選擇合適的傳感節點參與協作，平衡節點個體和網絡整體在協作過程中的信息收益和資源代價，解決網絡信息處理中的驅動機制、節點選擇、處理地點、時機和算法等問題。

（三）協作時間同步

無線傳感器網絡的應用通常需要一個適應性比較好的時間同步服務，以保證數據的一致性和協調性。時間同步是同步分布式數據感知和控制所必需的。在無線傳感器網絡中協調、通信、安全、電源管理和分布式登陸等，都依賴于現有的全局時間。

文獻[6]提出了協作時間同步同步的概念。協作同步原理如下：如果時間基準節點按照相等的時間問隔發出多個同步脈沖，其周圍單跳節點接收后依據這一系列個脈沖的發送時刻估算出時間基準節點的下一個脈沖發送時刻，并在該時刻同時發出同步脈沖。此脈沖信號會擴散至周圍單跳節點。如此重復下去，最終網內所有節點都會同時發出同步脈沖，即達到了同步狀態。

（四）MAS協作

多Agent系統（Multi-agent System，MAS）是分布式人工智能的重要研究領域，agent可以定義為具有目標、知識和能力的軟件或硬件實體，能力包括感知、行動、推理、學習、通信和協作等。

agent利用局部信息進行自主規劃，通過規劃推理解決局部沖突以實現協作，進而實現系統整體目標。Agent體系結構、交互語言、協商策略研究較為成熟，并且與WSN具有很多相似性。因此，可以考慮在WSN協作中引入agent。

文獻[7]提出了一種WSN中基于P2P的多agent數據傳輸和匯總系統架構。此構架包括接口agent、查詢agent、路由agent及數據采集agent。接口agent與用戶交互，路由agent負責能源效率的數據傳輸。查詢agent為agent與路由agent之間的協作提供便利的接口，并負責建立優化計劃，以實現其預定目標。接口agent和查詢agent放置在資源豐富的基站，因為它們需要計算密集操作。數據采集agent負責采集，篩選和格式化傳感器的數據。提供MAS架構和設計，使它們在WSNs中能夠協調和溝通，彼此之間相互傳輸和匯總數據。

三、總結與展望

隨著WSN商業應用越來越廣泛，WSN研究面臨的挑戰也日益嚴峻。單個的能源、功率、功能均受限的傳感器節點需要協作完成任務。針對傳感器間的協作技術的研究也日益受到重視。目前的協作研究僅僅局限在一些具體問題上，尚未形成通用方法。本文分析WSN協作研究還是很有前景的。

參考文獻：

[1]孫利民、李中建、陳渝等，無線傳感器網絡[M]．北京：清華大學出版社，2005.

[2]于海斌、曾鵬，智能無線傳感器網絡系統[M]．北京：科學出版社，2006:212-222.

[3]谷建華、沈沉、彭力靜、李志剛，基于無線傳感器網絡任務描述方式的研究與比較，計算機應用研究，2008，25（5）:1292-1294.

[4]Ku ma r S，Zhao F，Shepherd D．Collaborative signal and informasion，processing in mier-esensor networks[J]．IEEE Signal Processing Magazine，2002,19(2):13-l4.

[5]史浩山，楊少軍，侯蓉暉，無線傳感器網絡協作信號信息處理技術研究，信息與控制，2006,35（2）：225-232.

[6]A Hu，S D Servetto．On the scalability of cooperative time synchronization in pulseconnected network s[J]．IEEE Trans on Information Theory，2006，52(6)：2725-2748.

[7]Elhadi Shakshuki,Sajid Hussain, Abdur R.Matin,Abdul W.Matin，P2P Multi-agent Data Transfer and Aggregation in Wireless Sensor Networks，Proc of Mobile Ahhoc and Sensor Systems(MASS),2006 IEEE international Conference on,2006,page 645-649.

作者簡介：

閻蕾，男，河北保定人，華北電力大學（保定）計算機系，助教。