無線傳感器網(wǎng)絡中路由的選擇

所有的機器人導航都需要解決這樣的一個問題：機器人如何獲知通往目的地的道路。在無線傳感器網(wǎng)絡中，無線節(jié)點之間的信息通信路由也是一個首先要解決的問題。如前所述，由于地理信息固定，在WiME中空間路徑規(guī)劃和信息通信路由完全可以以相同的方式工作。因此下面以路徑規(guī)劃來說明這樣一個路由存儲和查詢方式的選擇問題。

在無線傳感器網(wǎng)絡中，無線節(jié)點由于能量受限，采用的是低功耗嵌入式處理器，其計算能力和存儲空間都有限。WiME也不例外，一般無法直接存儲路徑信息或者將地圖信息存儲在節(jié)點上從而在需要時計算出最優(yōu)路徑。為此，首先考慮下面的4種方法。

方法1：作為一種常用的方法，可以查詢整個地圖的路徑信息。由于房間數(shù)n眾多(認為n不小于1000)，路徑數(shù)據(jù)巨大(存在n(n-1)／2條路徑)，這樣的地圖可以由1臺或多臺主服務器提供。任何一個無線節(jié)點或鄰近的有限多個節(jié)點都滿足不了這樣的存儲量。一個自然的方法是將全局地圖存儲到服務器上，機器人終端在必要時從服務器上下載路徑信息。這類似于GPS設備的工作方式。

方法2：根據(jù)使用的廣播式無線路由通信協(xié)議，建立一條到目標點的無線通信鏈路，并利用建立的這條通信線路作為地理導航線路。

方法3：利用動態(tài)路徑規(guī)劃的思想，每個節(jié)點存儲與自身相關的一定范圍內(nèi)的地理信息，并生成最優(yōu)路徑信息。

方法4：每個節(jié)點存儲全局節(jié)點分布的地理信息和連接關系，在需要時與臨近的節(jié)點協(xié)同計算出最優(yōu)路徑。這是借鑒了計算機網(wǎng)絡中分布式計算的概念。

每種方法各有其優(yōu)劣。第1種方法修改容易，增加或刪除節(jié)點只需要在主服務器端更新。第2種方法不需要事先知道節(jié)點的地理位置信息，整個路徑信息是動態(tài)建立和修改的。第3種方法可以隨著道路情況動態(tài)調(diào)整最優(yōu)路徑。由于節(jié)點能夠?qū)崟r觀察到道路信息，可以引入?yún)?shù)來反映當前周邊道路狀況，比如道路的堵塞程度，并由此動態(tài)維護這樣一個包含自身及臨近區(qū)域的最優(yōu)路徑表。但是這3種方法都是在多跳通信的情況下完成的，返回完整的路徑信息需要較多的通信帶寬和較長的通信延時，這對通信協(xié)議的魯棒性提出了挑戰(zhàn)。第4種方法的存儲量相對要小，與節(jié)點個數(shù)同數(shù)量級，但是多節(jié)點協(xié)同的最優(yōu)路徑的實時分布式計算對于無線傳感器節(jié)點無疑是一個困難的問題。畢竟當前的分布式計算仍然局限在計算機網(wǎng)絡領域。如何將分布式計算和最新的網(wǎng)格計算的思想運用到無線傳感器網(wǎng)絡上，可能會成為嵌入式系統(tǒng)領域的下一個方向。