無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )概念基礎簡(jiǎn)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，就是數據鏈路層中的MAC子層要解決的問(wèn)題了。

無(wú)線(xiàn)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)調設備協(xié)議。S-MAC協(xié)議通過(guò)調 配節點(diǎn)的休眠方式來(lái)有效地分配信道;DE-MAC則采用周期性監聽(tīng)和休眠機制，避免空閑監聽(tīng)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 為大規模、低占空比運行的節點(diǎn)提供了不需要高精度時(shí)鐘的可靠通信。

總體來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的MAC協(xié)議在分配信道的同時(shí)還要保證系統的能耗最低。

● 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到目的地就是由路由協(xié)議來(lái)解決了。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，路由要實(shí)現兩個(gè)基本功能：確定最佳路徑和通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸信息。數據傳輸的途徑存于路由表，由路由算法初始化并負責維護。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )與普通的網(wǎng)絡(luò )不同，它有自己的特點(diǎn)：比如能量受限，通信方式以數 據為中心，相鄰節點(diǎn)的數據有著(zhù)相似性，拓撲結構也在不斷的變化等。與此對應，常規網(wǎng)絡(luò )的路由并不一定能適應無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。

下面來(lái)介紹幾種常見(jiàn)的路由協(xié)議：

1 泛洪式路由。這是一種非常傳統的路由協(xié)議。泛洪式路由不進(jìn)行維護網(wǎng)絡(luò )拓撲和相關(guān)路由計算，只負責以廣播形式轉發(fā)數據包，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功能的協(xié)議。節點(diǎn)之間通過(guò)協(xié)商來(lái)確定是否有發(fā)送信號的必要，并實(shí)時(shí)監控網(wǎng)絡(luò )中的能量負載來(lái)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，節點(diǎn)并不進(jìn)行分區歸類(lèi)。

3 LEACH。LEACH是一種分層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，它以循環(huán)的方式隨機選擇簇首節點(diǎn)，將全網(wǎng)絡(luò )的能量負載平均分配到每個(gè)傳感器節點(diǎn)，從而達到降低網(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，根據分層路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )被劃分成不同簇，每一個(gè)簇由一個(gè)簇首和簇成員組成，多個(gè)簇首形成高級的網(wǎng)絡(luò )，簇 首節點(diǎn)不僅負責其轄下簇內信息的收集和融合處理，還負責簇之間數據的轉發(fā)。

4 PEGASIS。PEGASIS可謂LEACH的升級版本。按照其規定，只有最為鄰近的節點(diǎn)才相互通信，節點(diǎn)與匯聚點(diǎn)輪流通信，當所有的節點(diǎn)都與匯聚點(diǎn)通信后，節點(diǎn)再進(jìn)行新一回合的輪流通信。

● 能量管理

能耗是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )所面臨的最大問(wèn)題，因為節點(diǎn)長(cháng)期處于無(wú)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制，即在節點(diǎn)空閑時(shí)，使其處于休眠狀態(tài)，此時(shí)其能耗降到最低。但是休眠的節點(diǎn)在轉回正常狀態(tài)的時(shí)候，往往會(huì )消耗大量的能量，因此尋找合理的狀態(tài)轉換策略是確保休眠機制成功的關(guān)鍵。

數據融合是另一項節能技術(shù)。多個(gè)鄰近節點(diǎn)經(jīng)常會(huì )采集同樣的信息，發(fā)送這些冗余信息就給系統增加了不必要的負擔。因此，通過(guò)本地計算和篩選，確保發(fā)送出最有效的信息就是數據融合的任務(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。