無線傳感器網(wǎng)絡中基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術的研究

【摘要】隨著各項技術的進步及廣泛應用，在很多行業(yè)中都應用到了無線傳感器網(wǎng)絡，但是在實際的應用工作中，要保證數(shù)據(jù)的良好傳輸，對于無線傳感器網(wǎng)絡的實時性具有較高的要求，目前所廣泛使用的傳感器網(wǎng)絡中的路由算法設計非常的復雜，并且在設計的過程中需要考慮多種因素對于傳輸網(wǎng)絡性能的影響，本文就在現(xiàn)有的基礎上，提出基于雙網(wǎng)的觸發(fā)式鏈路管理技術，并對其網(wǎng)絡的構建及其中的一些關鍵技術進行簡單分析研究。

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

無線傳感器網(wǎng)絡中，融合了無線通信技術、數(shù)字電路、微系統(tǒng)技術、傳感技術等各種先進技術，在交通、環(huán)境、醫(yī)療、軍事等各個領域中都具有非常廣泛的應用，尤其是在一些環(huán)境比較復雜的區(qū)域的檢測工作中，應用無線傳感器網(wǎng)絡具有非常好的應用效果，隨著社會市場經(jīng)濟的發(fā)展，各項技術水平都得到了有效的提升，在一些特殊應用領域中，無線傳感器網(wǎng)絡的實時性、穩(wěn)定性性能已經(jīng)難以滿足相關的要求，本文提出的基于雙網(wǎng)的觸發(fā)式通訊鏈路管理技術對于無線傳感器網(wǎng)絡的實時性、穩(wěn)定性性能的提升具有積極的作用，本文就主要針對其予以簡單分析。

一、無線傳感器網(wǎng)絡中的關鍵技術簡單介紹

由于無線傳感器網(wǎng)絡具有諸多的優(yōu)良性能，并且具有非常廣泛的應用范圍，關于無線傳感器網(wǎng)絡的研究已經(jīng)逐漸成為信息領域的研究熱點，在該網(wǎng)絡中，涉及到的學科領域是非常的廣的，下面就對其中的一些關鍵技術予以簡單介紹：

（1）網(wǎng)絡協(xié)議，該部分的主要功能是聯(lián)系起各個獨立的節(jié)點，使其能夠形成多跳的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以及網(wǎng)絡層協(xié)議是目前無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議研究中的重點內(nèi)容，路由協(xié)議對于傳感器節(jié)點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)絡拓撲結構，在相關的監(jiān)控區(qū)域中，覆蓋良好的網(wǎng)絡拓撲結構，對于路由協(xié)議及鏈路層的效率的提升具有非常重要的作用，并且能夠為上層的目標定位、時間同步、數(shù)據(jù)融合等奠定良好的基礎，從而有效的促進無線傳感器網(wǎng)絡的負載平衡。

（3）數(shù)據(jù)融合技術，無線傳感器網(wǎng)絡在對相關的目標進行觀察、檢測的過程中，存在嚴重的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，如果不對相關數(shù)據(jù)進行處理，直接將其傳輸至觀察者，這會使網(wǎng)絡流量明顯增大，采用有效的數(shù)據(jù)融合技術，對數(shù)據(jù)中的冗余及部分干擾予以有效的消除，對于信息準確度的提高具有積極的作用，并且能夠有效的減少網(wǎng)絡流量。

（4）時間同步，在無線傳感器網(wǎng)絡工作的過程中，一個非常關鍵的內(nèi)容就是要實現(xiàn)其各個網(wǎng)絡節(jié)點的協(xié)同作用。

（5）節(jié)點定位技術，無線傳感器中各個隨機分布的傳感器節(jié)點在工作的過程中，能夠對自己所處的位置進行準確、自動的定位是非常必要的，并且其定位機制要能夠滿足分布式計算、能量高效、健壯性、自組織性等各種要求。

二、無線傳感器網(wǎng)絡中的雙網(wǎng)技術

現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡中，對于網(wǎng)絡的劃分難以根據(jù)具體的功能來進行劃分，這使得相關的通訊網(wǎng)絡在實現(xiàn)網(wǎng)絡目標時，通訊鏈路中的冗余現(xiàn)象嚴重，這與網(wǎng)絡中的節(jié)能要求不相符，而在雙網(wǎng)技術中，充分的應用了時間有效通訊子網(wǎng)絡以及能量有效通訊子網(wǎng)絡，借助于最小時間與最小能量兩方面的優(yōu)勢，對于傳感器網(wǎng)絡中的時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)絡中有效的實現(xiàn)能量消耗節(jié)省的目標，本次研究中，依據(jù)adhoc網(wǎng)絡中的SMECN與MECN設計中的相關方法，能夠使得無線傳感器網(wǎng)絡在節(jié)省能量的基礎上，很好的滿足無線傳輸網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)實時性傳輸?shù)囊螅獙崿F(xiàn)最小時間與最小能量兩方面的設計目標，在此基礎上提出了雙網(wǎng)模型，在該模型中對無線傳感器網(wǎng)絡進行了有效的劃分，將其劃分為時間有效通訊子網(wǎng)與能量有效通訊子網(wǎng)兩個性質(zhì)不同的子網(wǎng)絡，在無線傳感器網(wǎng)絡中，任意的節(jié)點在時間有效的通訊子網(wǎng)中，具有最小時間消耗的通訊路徑，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)絡假設

為了方便對本文中研究的無線傳感器網(wǎng)絡進行描述，在本次研究中，需要針對無線傳感器網(wǎng)絡作出以下的假設：

（1）假設無線傳感器網(wǎng)絡具有較好的穩(wěn)定性性能，并且網(wǎng)絡具有足夠好的健壯性，并且其節(jié)點保持相對靜止；

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

（3）假設網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡中的所有傳感器節(jié)點都知道自己以及鄰居節(jié)點的地理位置信息；

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

3.雙網(wǎng)的構建

本次研究中的雙網(wǎng)構建采用的是基于delaunay三角網(wǎng)的構建方法，這是計算幾何中的一種常用的網(wǎng)絡劃分方法，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，應用這種方式構建的雙網(wǎng)具有最小能量特性，如果相關的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點分布均勻，使得網(wǎng)絡的形式與等邊三角形接近，如果節(jié)點之間的通訊跳數(shù)最少，就能是無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)最小能量通信。

在雙網(wǎng)的構建過程中，依據(jù)屬性的不同，對網(wǎng)絡中的通訊鏈路進行有效的分組是最基本的工作，能量屬性及時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，采用這種方法進行分組，對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)絡在運行的過程中節(jié)省大量的能量。

本文中應用到的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)絡中能量有效的通訊三角形來實現(xiàn)的，如果在無線傳感器網(wǎng)絡中找到一個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，對網(wǎng)絡中的所有的能量有效通訊三角形進行搜索之后，未被標記出的鏈路都是時間有效的通訊鏈路，這主要是由于時間有效的通訊鏈路通常不會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)絡中的基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理及維護

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，是一種對通訊鏈路進行分組管理的方式，在現(xiàn)實中，不存在物理意義上的無線傳感器網(wǎng)絡的雙網(wǎng)結構，本文在對基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術進行分析時，采用了觸發(fā)式通訊鏈路管理來作為實例進行分析。

要實現(xiàn)雙網(wǎng)的最小時間及最小能量方面的良好性能，主要采用的是構建最小跳數(shù)及最小能量通訊網(wǎng)絡的方式來實現(xiàn)，在本次研究中，實現(xiàn)雙網(wǎng)，只是應用TECN與EECN將原有的無線傳感器網(wǎng)絡在邏輯上進行劃分，將其劃分為兩個通訊子網(wǎng)，但是對于處于無線傳感器網(wǎng)絡中的某個傳感器節(jié)點來講，在同一個時刻中，該節(jié)點智能屬于其中的一個網(wǎng)絡，并且其在每個網(wǎng)絡中的路由方式都是不同的，省時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的網(wǎng)絡變化要求，所有的節(jié)點都能夠在兩個網(wǎng)絡中實現(xiàn)靈活的轉換。

在TECN網(wǎng)絡與EECN網(wǎng)絡的路由構建過程中，其構建方式是多種多樣的，并且不同的通訊子網(wǎng)可以構建不同的路由方式，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)絡中，如果選擇最短跳數(shù)的路由構建方式，為了有效的節(jié)省網(wǎng)絡時間，節(jié)點之間的通訊鏈路應該盡量應用較少的長距通訊鏈路組成。對于EECN網(wǎng)絡來說，如果選擇了最短跳數(shù)路由構建方式，其通訊路徑應該盡量采用較少的短距通訊鏈路組成，采用這種路由策略，對于網(wǎng)絡的能量的節(jié)約具有非常重要的作用。

2.雙網(wǎng)之間的有效轉換

通過構建雙網(wǎng)，無線傳感器網(wǎng)絡能夠在時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，在實際的無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸過程中，其傳輸過程中是通過哪個網(wǎng)絡進行傳輸是與當前的網(wǎng)絡狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息自身的性質(zhì)有關的，如果當前的狀態(tài)中，網(wǎng)絡對于節(jié)能性能具有較高的要求，數(shù)據(jù)的傳輸應該處于EECN網(wǎng)絡上進行傳輸，這對于節(jié)省網(wǎng)絡中的能量的消耗具有非常重要的作用，但是如果相關數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，對于實時性具有較高的要求，數(shù)據(jù)的傳輸工作應該盡量的處于TECN網(wǎng)絡上，這能夠有效的減少網(wǎng)絡傳輸過程中的響應時間，更好的滿足實時性要求。

雖然雙網(wǎng)中的每個節(jié)點都可以實現(xiàn)雙網(wǎng)之間的轉換，但是只有處于時間有效的通訊鏈路的兩個端點之間的網(wǎng)絡切換才具有實際的意義，因此，雙網(wǎng)轉換工作中的關鍵節(jié)點是具有時間有效的鄰居節(jié)點。

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)絡中，對一些特殊的通訊鏈路進行有效的管理，并在需要的時候對其予以有效的利用，這對于網(wǎng)絡中的通訊鏈路的利用率的提升具有非常重要的作用，在實際的應用中，要提升整個網(wǎng)絡的綜合利用率，需要根據(jù)實際的需求選擇時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，會為每條需要實施管理的通訊鏈路設計一個觸發(fā)器，如果需要對相關的通訊網(wǎng)絡實施調(diào)整，將該觸發(fā)器觸發(fā)，相關的觸發(fā)器就會依據(jù)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H情況來選擇最優(yōu)的通訊鏈路，這對于通訊網(wǎng)絡的時間有效率及能量有效率的提升都具有非常重要的作用。

四、結束語

無線傳感器網(wǎng)絡在實際的應用中具有非常廣泛的應用范圍，基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術，對于無線傳感器網(wǎng)絡中的實時性及節(jié)能性能的提升都具有非常重要的作用，本文就針對此進行了簡單探討。

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