無線傳感器網絡抗毀性研究

（無錫市工業設備安裝有限公司，江蘇 無錫 214074）

無線傳感器網絡簡而言之就是由大量微小傳感器節點所構成的一種分布式網絡系統，網絡抗毀性主要衡量的就是該系統提供可靠服務的能力[1]。該網絡由于并不依賴固定設備支撐，既能夠快速部署，又不受有限網絡的約束，易于組網，所以在環境檢測、醫療救護等多個領域得到了廣泛的應用。但與此同時，由于硬件故障、遭遇入侵或者能量耗盡等諸多原因的影響，該網絡又時刻面臨著節點失效的問題。因此，研究探討無線傳感器網絡抗毀性就具有尤為重要的意義和作用。

一、無線傳感器網絡概述

1.無線傳感器網絡結構

無線傳感器網絡結構如圖1-1所示，網絡中傳感器節點在其中具體承擔數據采集工作，還承擔著簇頭節點或是數據中轉站的角色。各個傳感器節點彼此之間會遵循一定的通信協議從而組成多跳網絡，并會把感知數據傳輸至相應的網關節點。然后網關節點把所感知的數據作相應處理后會通過衛星等方式傳輸至基站，然后基站再借助Internet網絡傳輸至各種終端，為其提供數據服務。

圖1-1 無線傳感器網絡結構示意圖

2.無線傳感器網絡特征

無線傳感器網絡是一種基于應用的無線網絡，具有資源受限、網絡規模大、強網絡動態性、以數據為中心、多跳路由、系統實時性、感知數據冗余度、節點容易實效等特征[2]，為了確保信息的準確性，所以對于單個節點的要求必須降低，容許存在大量冗余節點。目前是為了增強系統的容錯性，使其具有一定的自適應性，會允許大量節點覆蓋檢測區，同時這還能夠減少盲區或是空穴的出現。

二、無線傳感器網絡抗毀性能提升策略

1.路由控制

無線傳感器網絡中存在著諸多冗余節點，路由控制就是將網絡冗余特性利用起來，通過對備份機制的引入以達到網絡抗毀性得以提升的作用。細化來說，又存在鏈路冗余以及簇頭冗余兩種情況。鏈路冗余會在Sink節點以及源節點兩者之間建立多條鏈路，如此就能夠使得單一鏈路的負擔得以減輕，從而使受損的出現概率降低。如此，即便某一鏈路發生了故障，其他依然能夠實現繼續工作，繼續承擔傳輸數據信息的功能。簇頭冗余主要是每個簇頭單元內將會設置許多細小分支，倘若發生故障或是簇頭不足，那么其他備份簇頭就會重新肩負起數據收集、處理以及傳輸等功能，繼續發揮應有的作用。路由控制的優勢在于一不需要升級硬件，二不需要改動硬件，僅通過路由優化來實現抗毀性能的增強，所以有利于減少網絡構建成本。但是需要注意的是，利用這種途徑來提升抗毀性能是以路由復雜程度上升以及通訊性能下降為代價的。

2.網絡重構

網絡重構主要是指在已經布設了的網絡基礎上，通過將新的基礎設施引入原來的網絡中，借此來實現網絡異質性的提升。目前主要的網絡重構方法一是引入中繼節點，二是構建小世界網絡。由于長距離通信會存在傳感器節點耗能過多的問題，與普通傳感器節點對比來說，而中繼節點卻在可靠性、能量儲備、計算性能等方面有更加優秀的表現，通過中繼節點的設置，可以對網絡通信負載予以有效均衡，從而使網絡能耗表現得以改善，使網絡連通度與冗余度得到提升，進而獲得獨立的多條通信路徑，最終實現網絡抗毀性能的提升。當前中繼節點布局算法主要是研究怎樣通過布設盡可能少的中繼節點來讓網絡具備較好的容錯性能，所以通常情況下主要有完成布設后通信路徑最短、中繼節點使用數量最少這個兩種指標來評價布局算法。而在復雜網絡研究領域，小世界網絡由于有著良好的拓撲屬性，所以一直是熱門研究對象。小世界網絡既擁有較小的平均路徑長度，還擁有較大的聚類系數，是使網絡性能得以提升的關鍵所在。倘若能夠使所構建的WSNs拓撲帶有小世界網絡特征，那么就能夠讓網絡有著較好的連通性并且功耗也不高。

3.拓撲演化

拓撲演化主要是指通過擴大網絡規模或者配置硬件參數的方式，使目前的網絡拓撲朝著較優抗毀性能方向演化。相比于網絡重構方法，借助拓撲演化方法所獲得的網絡拓撲都是同質網絡，不具備典型異質性特征，即鏈路與節點彼此之間沒有存在較為明顯的差異。目前構建k-連通網絡與無標度網絡生長是主要的兩種拓撲演化方法。其中k-連通網絡是通過對節點發射功率的調節來對網絡連通性能予以改善，進而幫助網絡拓撲獲得較佳的抗毀性能。無標度網絡生長則是依靠引入新增節點，利用“偏好依附”機制[3]來助力網絡生長的實現，確保所生成的網絡拓撲將擁有無標度網絡特征，進而實現網絡抗毀性能的提升。

結語

總而言之，在無線傳感器網絡中，由于網絡通信主要是依靠網絡中節點之間的信息轉發，倘若節點失效那么就會導致整個網絡的服務質量受到影響，甚至可能導致整個網絡無法做到正常運行。文章主要從路由控制方面、網絡重構方面以及拓撲演化方面，這三個方面提出了網絡抗毀性能的具體提升策略，以期能夠給予相關人員一定的參考。