無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由的選擇

所有的機(jī)器人導(dǎo)航都需要解決這樣的一個(gè)問題：機(jī)器人如何獲知通往目的地的道路。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無線節(jié)點(diǎn)之間的信息通信路由也是一個(gè)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(gè)路由存儲(chǔ)和查詢方式的選擇問題。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無線節(jié)點(diǎn)由于能量受限，采用的是低功耗嵌入式處理器，其計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間都有限。WiME也不例外，一般無法直接存儲(chǔ)路徑信息或者將地圖信息存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)上從而在需要時(shí)計(jì)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(gè)地圖的路徑信息。由于房間數(shù)n眾多(認(rèn)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(tái)或多臺(tái)主服務(wù)器提供。任何一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)或鄰近的有限多個(gè)節(jié)點(diǎn)都滿足不了這樣的存儲(chǔ)量。一個(gè)自然的方法是將全局地圖存儲(chǔ)到服務(wù)器上，機(jī)器人終端在必要時(shí)從服務(wù)器上下載路徑信息。這類似于GPS設(shè)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(biāo)點(diǎn)的無線通信鏈路，并利用建立的這條通信線路作為地理導(dǎo)航線路。

方法3：利用動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的思想，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)與自身相關(guān)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(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)全局節(jié)點(diǎn)分布的地理信息和連接關(guān)系，在需要時(shí)與臨近的節(jié)點(diǎn)協(xié)同計(jì)算出最優(yōu)路徑。這是借鑒了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中分布式計(jì)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(diǎn)只需要在主服務(wù)器端更新。第2種方法不需要事先知道節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，整個(gè)路徑信息是動(dòng)態(tài)建立和修改的。第3種方法可以隨著道路情況動(dòng)態(tài)調(diào)整最優(yōu)路徑。由于節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)觀察到道路信息，可以引入?yún)?shù)來反映當(dāng)前周邊道路狀況，比如道路的堵塞程度，并由此動(dòng)態(tài)維護(hù)這樣一個(gè)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(shí)，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(chǔ)量相對要小，與節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)同數(shù)量級，但是多節(jié)點(diǎn)協(xié)同的最優(yōu)路徑的實(shí)時(shí)分布式計(jì)算對于無線傳感器節(jié)點(diǎn)無疑是一個(gè)困難的問題。畢竟當(dāng)前的分布式計(jì)算仍然局限在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。如何將分布式計(jì)算和最新的網(wǎng)格計(jì)算的思想運(yùn)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上，可能會(huì)成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的下一個(gè)方向。