無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式分析

Flooding是一種傳統(tǒng)的通信協(xié)議，某一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息，它以廣播的形式向鄰近節(jié)點(diǎn)發(fā)送，接收到信息的節(jié)點(diǎn)又以廣播的形式向除了其父節(jié)點(diǎn)外的鄰近節(jié)點(diǎn)發(fā)送，如此反復(fù)直至消息傳送到目的地。這種不需要進(jìn)行維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而又簡單易行的技術(shù)無疑成為無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要實(shí)現(xiàn)方式。但這種協(xié)議存在implosion：某個(gè)節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)接收到多個(gè)同一個(gè)消息的現(xiàn)象和overlap：相近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)探測到幾乎相同數(shù)據(jù)的缺陷。
GossipingGossiping改進(jìn)了Flooding的缺陷。它的工作原理是使用隨機(jī)性，隨機(jī)地選取某個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)，向它發(fā)送消息，如果子節(jié)點(diǎn)已經(jīng)收到消息，則將消息返回。雖然Gossiping避免出現(xiàn)Flooding問題，但沒有解決重疊問題，而且延長了傳輸時(shí)間。SPINSPIN是以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)通信協(xié)議。該協(xié)議通過兩個(gè)方面的革新來解決Flooding中的implosion和overlap問題，即：協(xié)商和資源適應(yīng)。為解決上述問題，節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)前與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商可以保證傳輸?shù)氖怯杏玫男畔?。SPIN節(jié)點(diǎn)用三種類型的消息進(jìn)行通信。ADV―宣布新數(shù)據(jù)。SPIN節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要共享時(shí)，通過發(fā)送一個(gè)ADV消息進(jìn)行宣布。REQ―請求數(shù)據(jù)。SPIN節(jié)點(diǎn)希望接收數(shù)據(jù)時(shí)，就發(fā)送一個(gè)REQ消息。DATA―數(shù)據(jù)消息。數(shù)據(jù)消息包含實(shí)際的傳感器數(shù)據(jù)。與DATA消息相比ADV和REQ消息要小且廉價(jià)得多。SPIN協(xié)議分為4種。SPIN-PP和SPIN-BC是解決像沒有數(shù)據(jù)丟失、有足夠的能源的理想環(huán)境下解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締栴}。其中SPIN-PP是采用點(diǎn)到點(diǎn)的方式解決網(wǎng)絡(luò)問題的，而SPIN-BC采用廣播的方式解決網(wǎng)絡(luò)問題。SPIN-EC和SPIN-RL是前兩個(gè)的修訂版，SPIN-EC在能源降低時(shí)減少消息交換的數(shù)量，SPIN-RL解決丟失問題。directeddiffusion傳感器節(jié)點(diǎn)用多個(gè)屬性對其數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，其他的節(jié)點(diǎn)采用這些屬性表達(dá)他們的興趣，產(chǎn)生指引數(shù)據(jù)廣播的梯度，數(shù)據(jù)根據(jù)這個(gè)梯度傳播到每個(gè)節(jié)點(diǎn)。
directeddiffusion也是一種以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議。匯節(jié)點(diǎn)或基站向所有傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送其嗜好(即通過分配不同居性值來表示不同任務(wù)的描述符)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在收到嗜好后保存在各自的CACHE中。當(dāng)一個(gè)嗜好傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，從源節(jié)點(diǎn)(即嗜好所在區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn))到匯節(jié)點(diǎn)或基站之間的梯度就建立起來了。一旦源節(jié)點(diǎn)采集到嗜好所需的數(shù)據(jù)。其中，源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)首先在本地采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行整合，然后在網(wǎng)上傳輸。
LEACH協(xié)議分為兩個(gè)階段操作，即類準(zhǔn)備階段和就緒階段。為了使能耗最小化，就緒階段持續(xù)的時(shí)間比類準(zhǔn)備階段長。類準(zhǔn)備階段和就緒階段所持續(xù)的時(shí)間總和稱為一個(gè)回合或一輪。在類準(zhǔn)備階段，LEACH協(xié)議隨機(jī)選擇一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為類頭節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)性確保類頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹(jǐn)偟剿?strong>傳感器節(jié)點(diǎn)上。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與微機(jī)電元件(MEMS)和低功耗微電子器件的快速發(fā)展有很密切的聯(lián)系。無線傳感器集成了低成本的微型嵌入式計(jì)算機(jī)，傳感器元件，無線通信模塊和電池。它可以把特定的環(huán)境信息，通過無線通信的方式，傳送到一個(gè)或多個(gè)信息處理中心。通常很多個(gè)無線傳感器組成一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)來采集大面積的環(huán)境信息。典型的應(yīng)用例子包括大型建筑的結(jié)構(gòu)監(jiān)測，地震監(jiān)測，災(zāi)后救援，環(huán)境污染監(jiān)測，動(dòng)物跟蹤監(jiān)視等。由于無線傳感器上的計(jì)算資源有限，而且它是通過電池來提供能源的，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，象802.11b，就不適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前在這一領(lǐng)域的研究有很大一部分集中在如何延長網(wǎng)絡(luò)的壽命，如何提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QOS)，比如小的傳輸時(shí)延，如何增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性和安全性等等。另外，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，傳感器定位技術(shù)等也是比較熱門的研究方向。由于網(wǎng)絡(luò)通信1的分層特性，主要的研究聚焦在物理層，MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)上。
未來研究方向傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)全新的研究領(lǐng)域除了具有AdHoc網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，斷接性，電源能力局限等共同特征以外，還具有很多其他鮮明的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得在通信能力、電源能量、計(jì)算能力、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面向科技工作者提出了大量的研究課題。