【摘要】 隨著我國通信技術的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡通信技術使用的日趨廣泛，在應用當中能夠采用單一的信道進行通信，并且網(wǎng)絡節(jié)點是在相同的頻率下進行傳輸，但是這種方式存在一定缺陷，而使用多信道通信則能夠提高網(wǎng)絡通信資源的利用率，提高系統(tǒng)抗干擾能力。本文主要對無線傳感器網(wǎng)絡通信技術以及標準化研究進行了分析，從而表現(xiàn)我國網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】 無線傳感器 網(wǎng)絡通信技術 通信技術

隨著集成電路技術的不斷演進與完善，無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議已經(jīng)能夠實現(xiàn)資源、能源的節(jié)約，實現(xiàn)芯片等成本的降低，使無線鏈路變得安全、可靠。為此，無線傳感器網(wǎng)絡通信技術能夠在諸多領域中應用，比如，軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等。下面就對其技術以及標準化進行研究。

一、無線傳感器網(wǎng)絡多信道通信技術

在無線傳感器網(wǎng)絡通信中，單一的信道節(jié)點能夠進行無線電波的傳輸，節(jié)點之間不易產(chǎn)生干擾，并能夠將噪聲降低。下圖1表示的是無線信號的節(jié)點活動方式，節(jié)點D、F在一跳范圍內，能夠同時進行通信，并不會產(chǎn)出干擾。而隨著芯片的廣泛使用，多信道得到了發(fā)展。如下圖2所示，在多信道條件下，一跳中的信號節(jié)點能夠進行統(tǒng)一的通信，并不會產(chǎn)生干擾。比起單一信道，多信道通信能夠實現(xiàn)大量網(wǎng)絡信息的保留與傳輸[1]。無線傳感器網(wǎng)絡當中使用多信道通信在信道發(fā)生干擾以后，依然能夠正常實現(xiàn)通信。

1.1多信道MAC協(xié)議

多信道通信當中，網(wǎng)絡節(jié)點可以同時利用多個信道內的資源，并采用分布式分配方法，分布式分配較為簡單，并且不用單獨劃分管理者，擴展方便，實現(xiàn)了全局的優(yōu)化，節(jié)點具有隨機效果，而多信道通信下能夠實現(xiàn)對信道節(jié)點的選擇，降低了協(xié)議的復雜性。

1.2信道頻普感知

因為無線傳感器在進行多信道通信過程中，要想較少信道干擾，就要具有頻譜感知效果。無線傳感器網(wǎng)絡通信能夠使用ISM頻率段進行通信，并且應用這種公用頻段在傳感器網(wǎng)絡運行當中能夠變得方便?？梢栽谛诺揽沼鄷r通過使用信道資源實現(xiàn)信息的傳輸。

1.3安全同步

時間的同步協(xié)議作為無線傳感器網(wǎng)絡通信當中的一個重要組成，在各個應用領域中，都需要借助時間同步，比如，目標的設定、跟蹤、信息的查詢等，并且時間同步協(xié)議也是通信協(xié)議中最為基礎的內容[2]。為此，要能夠從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性方面考慮并設定時間同步協(xié)議，這是多信道通信能夠穩(wěn)定運行的前提。

二、無線傳感器網(wǎng)絡通信標準

以 IEEE802.15.4標準為例，IEEE802.15.4是無線傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)當中的一個標準，能夠在一個POS中實現(xiàn)無線通信的設備集合。功能設備與精簡的設備要共同使用、運作，采用RFD相關聯(lián)設備，PAN網(wǎng)絡協(xié)調器能夠實現(xiàn)成員身份的確認、信息的管理以及分組形式的轉發(fā)。網(wǎng)絡協(xié)調其能夠有效供電，適合在家庭中計算機外圍設備中使用。該標準的特征是任意兩個設備之間能夠進行通訊，實現(xiàn)跳躍式的數(shù)據(jù)傳輸，為此，適合在工業(yè)檢測控制中使用。可見，無線傳感器網(wǎng)絡通信標準化研究是實現(xiàn)系統(tǒng)應用的前提，相比其他標準更有效率。

三、無線傳感器網(wǎng)絡并行協(xié)商多信道MAC協(xié)議

MAC協(xié)議能夠對資源進行充分利用，在多個信道上進行通信，能夠將干擾降到最低，使性能增強。分段的跳頻信道在分配上分為協(xié)商時段與通信時段，當處于協(xié)商時段時，通信節(jié)點信道能夠進行協(xié)商，而對應的通信時段能夠切換到選擇好的信道上進行通信，在完成了通信后，就可以返回到控制的信道上，分階段的信道切換能夠在不同的信道上進行通信，但是卻過于依賴控制信道，導致所有的協(xié)商都需要集中到控制信道中，容易使信道出現(xiàn)飽和狀態(tài)，并且控制信道容易出現(xiàn)干擾，降低了整個通信網(wǎng)絡的安全性與穩(wěn)定性?；谏鲜霾蛔悖芯咳藛T設計出了并行協(xié)商MAC協(xié)議，該協(xié)議能夠劃分出若干個時間片段，并且每一個時間片段都能夠組成一個特定的超幀[3]，可以在超幀上選擇一個時間段完成信息接受。這種并行的協(xié)商MAC協(xié)議優(yōu)點體現(xiàn)在：能夠減少節(jié)點消失現(xiàn)象，在RTMAC協(xié)議中，發(fā)送節(jié)點以及接收節(jié)點會處在一個時間片段中，在完成了一個節(jié)點的發(fā)送以后，就要等下一個超幀，在蘇醒期，不同時間片就可以進行信息發(fā)送，避免出現(xiàn)節(jié)點消失問題。此外，還具有降低通信開銷優(yōu)勢，偽隨機序列能夠將MAC作為地址種子，通過隨機算法產(chǎn)生。這樣一來，其他節(jié)點只需要獲取MAC地址就可以。

四、無線傳感器網(wǎng)絡多信道頻譜感知

4.1無線認知傳感器網(wǎng)絡

一般來說，未經(jīng)授權的頻段會經(jīng)常出現(xiàn)擁擠的現(xiàn)象，并且能夠分配給無線系統(tǒng)中的頻譜在時間上與空間上都能呈現(xiàn)出不同程度的閑置現(xiàn)象，著就形成了“頻譜的空洞”現(xiàn)象[4]。但是充分利用這些閑置的資源，卻能夠為多信道通信提供可利用的資源，并且，在接入了這種動態(tài)的信道以后，會與傳感器的網(wǎng)絡事件驅動相適應。無線認知傳感器逐漸出現(xiàn)在人們的視野當中，對其的研究也在增多。無線認知傳感器在應用到了無線傳感網(wǎng)絡當中以后能夠使人更好的感知到周圍的環(huán)境變化，并且在通過調整其工作狀態(tài)的參數(shù)以后，能夠達到最優(yōu)的工作狀態(tài)。應用這種無線電頻譜感知技術能夠感知到無線信道工作時的狀態(tài)，對多信道進行適當?shù)恼{整，才能使通信資源消耗率降低，通信變得可靠。

4.2協(xié)作頻譜感知技術

頻譜的感知技術作為無線電中的一項重要技術，在構建無線網(wǎng)絡方面有重要意義，也是用戶能夠有效利用信道資源的前提。按照不同感知節(jié)點的工作狀態(tài)，頻譜的感知技術可以分為單節(jié)點的感知以及協(xié)作方式的感知。單節(jié)點的感知能夠對能量進行檢測，并且匹配的濾波平衡感知方式是對單節(jié)點檢測的主要手段。能量的檢測在方法上以及計量上有優(yōu)勢，不需要對信息進行檢驗[5]。但是，在檢測過程中會產(chǎn)生一定程度的噪音，不能對檢測信號或者是干擾信號進行區(qū)分。這種檢測方式的缺點是需要計算的內容非常多，并且在檢測信號時要先對特征信息進行驗證。為了使頻譜的檢測靈敏度提升，減少檢測的時間協(xié)作頻譜感知應運而生。

4.3基于DCN協(xié)作頻譜感知

DCN協(xié)作頻譜感知存在優(yōu)勢：在這種協(xié)作頻譜的感知下，基于Wisart當中的矩陣DCN能夠被準確并清晰的構建出來，這樣能夠大大提高檢測的性能與效率，非常適合在噪聲較大的環(huán)境中使用；按照函數(shù)分布的系數(shù)矢量，可以構建出一個隨意維度的DCN函數(shù)表達式，這種表達式非常簡潔，并且較為準確。應用這種表達式進行計算能夠及時、快速的計算出閾值，提高了協(xié)作式頻譜的感知；隨意維度的DCN函數(shù)協(xié)作式頻譜感知系統(tǒng)的構建，對于傳感器的節(jié)點沒有過多的限制，非常適合在系統(tǒng)當中使用[6]。

五、無線傳感器網(wǎng)絡容錯時間同步協(xié)議

5.1無線傳感器網(wǎng)絡安全分析

隨著網(wǎng)絡運行當中資源的浪費逐漸增多，降低能耗對網(wǎng)絡運行來說是非常重要的事情，并且，在工業(yè)、物流、軍事、科技等方面無線傳感器都得到了廣泛利用。其中，無線傳感器在網(wǎng)絡安全方面的需求表現(xiàn)在以下幾個方面：1、機密性。機密性就是指沒有經(jīng)過授權的人員不能隨意獲取到相關信息。因為無線傳感器在傳輸信息時會經(jīng)常出現(xiàn)信號不能完全接收的現(xiàn)象。為此，對于一些機密性的信息可以進行物理攔截，平常人不能隨意獲取。對于商業(yè)機密、工業(yè)機密以及軍事機密等的保護有重要意義。2、完整性。無線傳感器在信息傳輸中，信息是能夠被篡改的，但是機密性的信息不能隨意外泄。但是有很多非法入侵者有破譯加密的能力，依然能夠對信息進行改動。但是，完整性卻能夠確保信息的接受者獲得完整的信息，一旦信息出現(xiàn)了篡改，接收者會及時發(fā)現(xiàn)。

5.2無線傳感器的網(wǎng)絡交錯時間同步協(xié)議

FTTSB可以采用分布式的運算方式，并且在諸多的網(wǎng)絡節(jié)點當中，時間同步消息能夠被同步交換、接受，能夠將時間的偏轉率大大降低，從而實現(xiàn)同步協(xié)議的目的。在出現(xiàn)了入侵形式的檢測以后，F(xiàn)TTSBP會分為攻擊檢測、系數(shù)形成、時間校驗等部分。下圖表示的是具體結構圖。

FTTSP協(xié)議的主要特點體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、采用分布式的計算方法，不用考慮過多的參考節(jié)點，并且即使是單個節(jié)點在效益上降低了，也不會影響到整體網(wǎng)絡同步。2、節(jié)點晶振頻率能夠在時間上出現(xiàn)相關性，按照同一個節(jié)點的時間分布特征，將時間的估計值與產(chǎn)生的偏差值作為判斷依據(jù)，這樣在有惡意信息攻擊時能夠為其提供攻擊檢測。

FTTSP協(xié)議還能夠接收到不同來源節(jié)點的同步信息，并應用隨機的平均算法對數(shù)據(jù)進行融合，這樣能夠使惡意的信息攻擊減少，使信息的精確度提高，實現(xiàn)了容錯的標準?？梢哉f，F(xiàn)TTSP協(xié)議在檢測惡性攻擊上還是非常有效的。

結語：本文主要對無線傳感器網(wǎng)絡通信技術以及標準化進行了研究，通過分析可以了解到，采用無線傳感器網(wǎng)絡多信道通信技術有諸多優(yōu)勢，并且其標準化設計與研究對于無線傳感器網(wǎng)絡通信技術功能發(fā)揮有重要意義。

參 考 文 獻

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