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          無線傳感器網絡的實現方式分析

          Flooding是一種傳統的通信協議,某一個節點要發送信息,它以廣播的形式向鄰近節點發送,接收到信息的節點又以廣播的形式向除了其父節點外的鄰近節點發送,如此反復直至消息傳送到目的地。這種不需要進行維護網絡的拓撲結構而又簡單易行的技術無疑成為無線網絡的一個重要實現方式。但這種協議存在implosion:某個節點可能出現接收到多個同一個消息的現象和overlap:相近的兩個節點可能會探測到幾乎相同數據的缺陷。

              GossipingGossiping改進了Flooding的缺陷。它的工作原理是使用隨機性,隨機地選取某個鄰近節點,向它發送消息,如果子節點已經收到消息,則將消息返回。雖然Gossiping避免出現Flooding問題,但沒有解決重疊問題,而且延長了傳輸時間。SPINSPIN是以數據為中心的自適應通信協議。該協議通過兩個方面的革新來解決Flooding中的implosion和overlap問題,即:協商和資源適應。為解決上述問題,節點在傳輸數據前與其他節點進行協商,協商可以保證傳輸的是有用的信息。SPIN節點用三種類型的消息進行通信。ADV―宣布新數據。SPIN節點有數據要共享時,通過發送一個ADV消息進行宣布。REQ―請求數據。SPIN節點希望接收數據時,就發送一個REQ消息。DATA―數據消息。數據消息包含實際的傳感器數據。與DATA消息相比ADV和REQ消息要小且廉價得多。SPIN協議分為4種。SPIN-PP和SPIN-BC是解決像沒有數據丟失、有足夠的能源的理想環境下解決數據傳輸的基本問題。其中SPIN-PP是采用點到點的方式解決網絡問題的,而SPIN-BC采用廣播的方式解決網絡問題。SPIN-EC和SPIN-RL是前兩個的修訂版,SPIN-EC在能源降低時減少消息交換的數量,SPIN-RL解決丟失問題。directeddiffusion傳感器節點用多個屬性對其數據進行描述,其他的節點采用這些屬性表達他們的興趣,產生指引數據廣播的梯度,數據根據這個梯度傳播到每個節點。

            directeddiffusion也是一種以數據為中心的路由協議。匯節點或基站向所有傳感器節點發送其嗜好(即通過分配不同居性值來表示不同任務的描述符),每個傳感器節點在收到嗜好后保存在各自的CACHE中。當一個嗜好傳遍整個網絡后,從源節點(即嗜好所在區域的傳感器節點)到匯節點或基站之間的梯度就建立起來了。一旦源節點采集到嗜好所需的數據。其中,源節點采集的數據首先在本地采用數據融合技術進行整合,然后在網上傳輸。

              LEACH協議分為兩個階段操作,即類準備階段和就緒階段。為了使能耗最小化,就緒階段持續的時間比類準備階段長。類準備階段和就緒階段所持續的時間總和稱為一個回合或一輪。在類準備階段,LEACH協議隨機選擇一個傳感器節點作為類頭節點,隨機性確保類頭與基站之間數據傳輸的高能耗成本均勻地分攤到所有傳感器節點上。無線傳感器網絡的發展與微機電元件(MEMS)和低功耗微電子器件的快速發展有很密切的聯系。無線傳感器集成了低成本的微型嵌入式計算機,傳感器元件,無線通信模塊和電池。它可以把特定的環境信息,通過無線通信的方式,傳送到一個或多個信息處理中心。通常很多個無線傳感器組成一個分布式的網絡來采集大面積的環境信息。典型的應用例子包括大型建筑的結構監測,地震監測,災后救援,環境污染監測,動物跟蹤監視等。由于無線傳感器上的計算資源有限,而且它是通過電池來提供能源的,傳統的無線網絡技術,象802.11b,就不適合于無線傳感器網絡。當前在這一領域的研究有很大一部分集中在如何延長網絡的壽命,如何提高網絡的服務質量(QOS),比如小的傳輸時延,如何增強網絡的容錯性和安全性等等。另外,網絡時間同步,傳感器定位技術等也是比較熱門的研究方向。由于網絡通信1的分層特性,主要的研究聚焦在物理層,MAC層和網絡層的設計上。

            未來研究方向傳感器網絡作為一個全新的研究領域除了具有AdHoc網絡的移動性,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,這些特點使得在通信能力、電源能量、計算能力、網絡動態性、網絡維護等方面向科技工作者提出了大量的研究課題。

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