分布式無線傳感器網絡通信協議分析

任廣鵬 楊志恒 申宇豪

摘 要：無線傳感器網絡，如今已經得到廣泛應用，隨著互聯網技術的發展和進步，無線傳感器網絡的傳輸技術已經得到了廣泛的認可，各個行業開始重視起來，無線傳感器網絡由于其自身具有強大的處理能力，計算通信能力和其他的存儲感知能力，使得這一技術很快在社會競爭中處于優勢地位，目前已經在很多領域被廣泛應用了，在過去的分布式無線傳感器網絡通信協議的研究成果的基礎上，對于分布式無線傳感器網絡協議中各個協議體系，進行了進一步的闡述和分析，并對通信協議體系結構中的新的分布體系結構以及當前分布式無線傳感器網絡通信協議的最近研究成果進行了簡單的介紹。

關鍵詞：分布式無線傳感器；網絡通信；協議

中圖分類號：TN929 文獻標志碼：A

隨著我國科技的不斷進步，無線傳感器網絡已經占據了市場的大部分，其憑借自身的優勢，如數據處理能力、計算機通信能力以及存儲感知能力等等在軍事領域，環保領域，甚至在一些醫療機械和商務領域等等都應用得相當頻繁。

1 無線傳感器網絡的定義

分布式無線傳感器網絡可以利用自身的微型傳感器，對整個監測的區域進行智能化的管理，在工作的過程中，分布式無線傳感器網絡采用多節點分布方式，這樣可以大大地節省傳輸過程的時間消耗，而且也能夠提高傳輸的效率，在傳輸過程中采用多條對等的傳輸形式，并利用自身的分簇式拓撲結構，可以獨立地在監測區域內進行工作，同時也可以將分布式無線傳感器網絡連接到互聯網當中，進而可以借助互聯網技術來對無線傳感器網絡實現遠程控制，分布式無線傳感器網絡和其他的無線傳輸網絡相比較來說有很大的優勢，首先是多點式分布的方式，其節點的規模相當廣，在空間中分布的密度也極高，這樣既能保證對物理現象進行非常有效地監測，而且它的節點數量相對于其他網絡結構的節點數量來說也是最多的，而且分布式無線傳感器網絡采用的拓撲結構、分布節點之間的計算能力、能量消耗以及存儲能力等等，都會受到最基礎的控制，這樣就保證了無線傳感器網絡對于數據的傳輸效率和質量，但是由于無線傳感器網絡的節點分布過多，所以非常容易受到損壞，節點之間采用的并不是點對點的這種通信方式，在傳輸精確性上仍然存在著很多的問題，沒有一個準確的規定，導致拓撲結構十分不穩定，頻繁地發生一些不可控的變化，這些都是我們在未來無線傳感器網絡通信協議發展過程中面臨的挑戰和亟待解決的問題。

2 通信協議及其研究成果分析

2.1 物理層通信協議分析

在無線傳感器的網絡當中，采用物理層協議，主要涉及的是無線傳感器網絡的傳輸介質頻段的選擇以及如何調試，在傳輸介質的選擇過程當中，目前主要使用的是無線電紅外線和光波這3種形式，相比較來說采用無線電傳輸的優點是比紅外線和光波傳輸的效率更高，因此無線電傳輸也是目前無線傳感器網絡物理層協議中最主要的傳輸方式，紅外線傳輸和光波傳輸多，應用在一些比較特殊的無線傳感器網絡當中，其傳輸過程并不需要一些復雜的解調制過程，而對接收器的要求也沒有無線電那樣高，數據傳輸過程中對于一些能量的損耗也較小，目前光通信主要是在一些激光三極管通信中被應用。

2.2 LEACH通信協議分析

LEACH協議在無線傳感器網絡通信過程當中，多采用一種簇頭選舉的策略來進行傳輸，這一階段大多數可以分成以下幾個過程，包括簇頭選舉的成型穩定狀態以及數據融合，在選舉的階段中，由于無線傳感器網絡節點對于能力的消耗不足，所以必須要考慮到節點對當前能量的消耗損失以及剩余能量的存儲量等等。EEWS通過改進對簇頭選舉階段過程中閾值的設定和計算，可以對節點剩余的能量進行相應的排序，這樣就可以使剩余能量較高的節點作為簇頭，解決了簇頭選舉階段選出的簇頭能量供應不足進而對整個無線傳感器網絡造成重大威脅的嚴重問題，成型階段與簇頭選舉階段恰恰相反，這一階段要選擇分布節點中能量消耗最小的簇節點。

LEACH協議中對于簇頭的射頻一般不會考慮其分布的節點中能量損耗這一部分，他會依據就近的原則選擇與自己最近的簇頭進行廣播射頻，但是在無線傳感器網絡當中，眾多的分布節點中，每一個節點都可能被選作為簇頭，這就造成了較遠的距離的簇頭，與基站進行信號傳輸過程會造成較多的能量消耗，導致后面的工作進行困難，這樣會引起整個無線傳感器網絡癱瘓，針對這一問題，就需要有所改進，比如在簇頭與基站通信過程當中，通過改變權值來保證簇頭與基站之間的距離最短，這樣就能夠保障能量在消耗的情況下，維持最低的量，在LEACH協議的通信過程當中，對于出現的這些缺陷也可以通過對無線傳感器網絡的生命周期進行簡單的估算來使其達到更加優化的目的，在估計的過程當中，最需要參考的依據就是節點平均能量的消耗情況，通過這種方式對于在LEACH協議通信過程中簇頭的選擇成型以及保持無線傳感器網絡穩定的頭部結構，都發揮著巨大的作用，這種作用是無法被替代的，在優化的模型中，也可以采用對分布節點壽命進行估計的形式來使網絡模型進一步地優化，也可以通過研究節點在空閑狀態以及工作狀態下的能量消耗情況，來使節點的生命周期有所顯現，能夠準確地估計，從而對LEACH協議進行優化和改善，進而發揮它更大的作用。

2.3 數據鏈路層協議

在平面結構中，所有的網絡節點都處在平等的地位，不存在任何的等級和層次，這也被稱為對等式結構。在數據鏈路層協議的拓撲生成過程當中，需要探討的問題主要有設計平面結構層次的新型網絡拓撲結構，減少拓撲生成過程中使用的一些控制報文的現象，進而可以降低網絡通信的開銷，結合整個拓撲生成的過程和信道分配的過程，可以大大降低網絡最初始的功能消耗問題。

2.4 傳輸層協議

目前我國對于傳輸控制的研究，通常都會錯誤分析恢復機制。由中間節點參與數據傳輸過程，出現檢測和恢復的錯誤，使數據在每一條傳輸的過程當中都進行錯誤地檢查，這樣避免了在以后的工作當中錯誤的積累程度加深，也保證了丟失的報文能夠有更多的時間去重新發送，這種方法可以有效地平衡中間節點的報文緩存的數量，能夠使錯誤率大大降低。

3 結語

根據以上的分析論述，目前分布式無線傳感器網絡已經在社會多個領域進行應用，但是由于目前網絡通信協議有一些限制，再加上他本身技術也存在著一些不完善的現象，在傳感器節點分布無人值守，這些方面還需要繼續探究，繼續進步，對于無線傳感器網絡的應用現在仍然處于最初的階段，隨著我國相關科技的發展進步，網絡通信協議的技術也要不斷革新，無線傳感器網絡技術必將會在未來人類社會的生產和生活中發揮不可替代的作用。

參考文獻

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