無線傳感器網(wǎng)絡應用若干關鍵問題研究

高強

摘要：本文主要從網(wǎng)絡節(jié)點定位問題、網(wǎng)絡覆蓋連通性問題和網(wǎng)絡路由問題三個方面對無線傳感器網(wǎng)絡的穩(wěn)定應用進行研究，以此來為今后無線傳感器網(wǎng)絡在社會各領域的安全、穩(wěn)定的應用提供一定的參考依據(jù)。

關鍵詞：無線傳感器；網(wǎng)絡應用；問題隨著我國社會發(fā)展腳步的不斷加快，無線傳感器網(wǎng)絡在社會各領域的發(fā)展中都得到了廣泛應用。如何確保無線傳感器網(wǎng)絡安全、穩(wěn)定的運行便成為了相關部門所面臨的重大課題。本文主要從節(jié)點定位、網(wǎng)絡覆蓋連通性以及網(wǎng)絡路由等幾方面探討無線傳感器網(wǎng)絡運行中諸多限制性問題的有效解決。

1無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位問題研究

在無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中，節(jié)點定位技術的主要任務就是對網(wǎng)絡中的信息數(shù)據(jù)進行采集、傳輸與處理。由于該網(wǎng)絡節(jié)點構成網(wǎng)絡的方式是通過自組織實現(xiàn)的，因此，并沒有統(tǒng)一和集中地節(jié)點管理模塊。目前，對于網(wǎng)絡節(jié)點查詢最簡單的方式就是全局泛洪法，但這種方法在無線傳感器網(wǎng)絡中卻并不適用。究其原因，主要是因為無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點能力和計算能力有限，無法滿足全局泛洪法能量和資源的巨大消耗。因此，選擇合適的節(jié)點查詢方式非常重要。

想要確保所選的節(jié)點查詢方法滿足無線傳感器網(wǎng)絡的需求，工作人員首先應該對節(jié)點查詢機理有一個系統(tǒng)的認識。在無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中，對于節(jié)點的查詢主要是通過基于簇和界標的層次表來實現(xiàn)的，這種方式對于節(jié)點之間的設置具有較高要求，一旦節(jié)點發(fā)生了移動或與網(wǎng)絡連接失敗，那么就需要對節(jié)點的設置進行更新，這也成為了節(jié)點查詢方式選擇的瓶頸。

根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的特點，相關學者在原有節(jié)點查詢方式的基礎上，提出了分布式節(jié)點定位方式，這些方式主要包括：ad hoc方法、魯棒定位方法和N跳多向方法，這些方法都可應用于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點定位，每一種方法都有其各自的優(yōu)缺點，因此，工作人員在對方法進行具體應用的時候，應該根據(jù)網(wǎng)絡參數(shù)的不同來合理選擇，比如說網(wǎng)絡的部署環(huán)境、應用類型以及節(jié)點連通性等。

2無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋連通性問題研究

在對無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋連通性進行研究之前，首先應該明確其具體要求。與一般的網(wǎng)絡大致相同，首先都是需要有一條路徑來實現(xiàn)信息從起點到目的地的轉(zhuǎn)發(fā)；其次需要盡可能減少轉(zhuǎn)發(fā)信息的延遲時間。一般情況下，在信息轉(zhuǎn)發(fā)過程中，經(jīng)過的路徑越多，系統(tǒng)就越可靠。但會大量消耗能量，降低系統(tǒng)壽命。基于此，相關學者提出了一種能量均衡的連通支配集算法，這種算法在應用過程中，能夠根據(jù)系統(tǒng)的實際耗能速度，對支配節(jié)點進行提前選擇。這種算法的優(yōu)點在于能夠以最小的消息開銷來延長網(wǎng)絡的壽命，而缺點則是支配節(jié)點的選擇較為復雜，甚至在某些網(wǎng)絡狀態(tài)下，無法對支配節(jié)點進行選擇。

在無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中，覆蓋連通性的節(jié)點子集在延長網(wǎng)絡壽命方面具有重要意義，因此，加大對無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋連通性問題的研究力度是非常重要的。就我國當前有關此方面問題的研究來看，大多學者將研究重點放在了覆蓋節(jié)點子集的構造問題上，卻忽略了對連通子集構造的研究。雖然覆蓋子集能夠在一定程度上滿足無線傳感器網(wǎng)絡的運行需求，但是卻會導致節(jié)點消耗過多，給系統(tǒng)造成影響。

為了更好的將無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋連通性問題有效解決，馬超等專家學者提出了一種能量有效的分布式覆蓋控制算法EeRC-CA。這種算法所采取的是多啟動和能量自適應競爭相結合的策略，能夠有效解決系統(tǒng)部分節(jié)點過早死亡的問題，同時，該方法還能夠在不增加額外控制開銷的前提下，有效延長網(wǎng)絡的生命周期。

3無線傳感器網(wǎng)絡路由問題研究

就我國目前相關學者對無線傳感器網(wǎng)絡路由問題的研究現(xiàn)狀來看，研究成果主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是合適的節(jié)點成簇方法，此方面的研究成果主要是提出了一種分布式二級路由協(xié)議，此協(xié)議的構成主要包括兩個部分，即簇內(nèi)路由和簇間路由。前者采用基于TDMA的星型單跳組網(wǎng)方式，后者采用多跳Mesh組網(wǎng)方式。該協(xié)議的提出很好的解決了網(wǎng)絡在多種約束下的均衡問題，但同時也存在一些不足之處，那就是個別節(jié)點容易出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，從而導致網(wǎng)絡系統(tǒng)癱瘓。另一方面是節(jié)點能量有效利用的技術，此方面的研究成果主要是提出了一種基于能量優(yōu)化的安全路由算法，這種算法的設計目標主要圍繞能量的優(yōu)化、路由器的安全以及縮短傳輸時間三個方面展開，算法采用多目標決策，在確保信息傳輸安全快速的前提下，盡可能將較多的數(shù)據(jù)傳輸任務分配給能量儲備較多的節(jié)點。試圖通過從這兩個方面的研究，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡路由的安全和性能的提高，以此來延長網(wǎng)絡的壽命。

綜上所述，在無線傳感器網(wǎng)絡運行過程中，節(jié)點定位、網(wǎng)絡覆蓋連通性以及網(wǎng)絡路由等問題都會在一定程度上制約網(wǎng)絡的廣泛、有效的應用，因此，在未來的時間里，相關工作人員必須對這幾項內(nèi)容給予高度重視，采取科學合理的方法將其存在的問題解決，以此來從根本上確保無線傳感器網(wǎng)絡安全、穩(wěn)定的運行。

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