無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念基礎(chǔ)簡介

● MAC層協(xié)議

信號的傳輸要靠信道，因此信道也就成為了一種寶貴的資源。怎樣合理有效的分配信道，就是數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層要解決的問題了。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用的有三種MAC協(xié)議：傳感器協(xié)議(S-MAC)，分布式能量意識協(xié)議(DE-MAC)和協(xié)調(diào)設(shè)備協(xié)議。S-MAC協(xié)議通過調(diào) 配節(jié)點的休眠方式來有效地分配信道;DE-MAC則采用周期性監(jiān)聽和休眠機(jī)制，避免空閑監(jiān)聽和串音，其目的是減少能耗和增加網(wǎng)絡(luò)的生存周期;MD協(xié)議則能 為大規(guī)模、低占空比運行的節(jié)點提供了不需要高精度時鐘的可靠通信。

總體來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議在分配信道的同時還要保證系統(tǒng)的能耗最低。

● 路由

在具備底層傳輸協(xié)議的保障后，信息怎樣快速地從源傳輸?shù)侥康牡鼐褪怯陕酚蓞f(xié)議來解決了。簡單來說，路由要實現(xiàn)兩個基本功能：確定最佳路徑和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩酱嬗诼酚杀?，由路由算法初始化并?fù)責(zé)維護(hù)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與普通的網(wǎng)絡(luò)不同，它有自己的特點：比如能量受限，通信方式以數(shù) 據(jù)為中心，相鄰節(jié)點的數(shù)據(jù)有著相似性，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在不斷的變化等。與此對應(yīng)，常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的路由并不一定能適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

下面來介紹幾種常見的路由協(xié)議：

1 泛洪式路由。這是一種非常傳統(tǒng)的路由協(xié)議。泛洪式路由不進(jìn)行維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拖嚓P(guān)路由計算，只負(fù)責(zé)以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，因此效率并不高。

2 SPIN。SPIN是一組基于協(xié)商并且具有能量自適應(yīng)功能的協(xié)議。節(jié)點之間通過協(xié)商來確定是否有發(fā)送信號的必要，并實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的能量負(fù)載來改變工作模式。以上兩種協(xié)議都是平面路由協(xié)議，依照這種協(xié)議，節(jié)點并不進(jìn)行分區(qū)歸類。

3 LEACH。LEACH是一種分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇首節(jié)點，將全網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個傳感器節(jié)點，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗的 目的。這里要解釋一下簇，簇是分層路由協(xié)議的概念，根據(jù)分層路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)被劃分成不同簇，每一個簇由一個簇首和簇成員組成，多個簇首形成高級的網(wǎng)絡(luò)，簇 首節(jié)點不僅負(fù)責(zé)其轄下簇內(nèi)信息的收集和融合處理，還負(fù)責(zé)簇之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

4 PEGASIS。PEGASIS可謂LEACH的升級版本。按照其規(guī)定，只有最為鄰近的節(jié)點才相互通信，節(jié)點與匯聚點輪流通信，當(dāng)所有的節(jié)點都與匯聚點通信后，節(jié)點再進(jìn)行新一回合的輪流通信。

● 能量管理

能耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的最大問題，因為節(jié)點長期處于無人值守的狀況下，有效的能耗策略必不可少。

目前最常使用的策略是休眠機(jī)制，即在節(jié)點空閑時，使其處于休眠狀態(tài)，此時其能耗降到最低。但是休眠的節(jié)點在轉(zhuǎn)回正常狀態(tài)的時候，往往會消耗大量的能量，因此尋找合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)換策略是確保休眠機(jī)制成功的關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)融合是另一項節(jié)能技術(shù)。多個鄰近節(jié)點經(jīng)常會采集同樣的信息，發(fā)送這些冗余信息就給系統(tǒng)增加了不必要的負(fù)擔(dān)。因此，通過本地計算和篩選，確保發(fā)送出最有效的信息就是數(shù)據(jù)融合的任務(wù)。

其他能量管理策略還有沖突避免和糾錯以及多跳短距離通信，這里不再一一敘述。