許仁德+吳光榮

【摘要】 本文從無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)入手，大致的對其進(jìn)行分析。并且簡單的介紹通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)形成的動態(tài)休眠通信的協(xié)議，幫助我們對此產(chǎn)生較為明確的認(rèn)識。

【關(guān)鍵詞】 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 動態(tài)休眠 節(jié)能機(jī)制

一、無線傳感網(wǎng)絡(luò)的概述

無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)較多也較為復(fù)雜。大致包括通信結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議棧這三種。

首先介紹通信結(jié)構(gòu)。通信結(jié)構(gòu)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中與應(yīng)用直接相關(guān)的應(yīng)用。一般常見的靜態(tài)檢測如下圖所示。在這種傳感網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)在整個監(jiān)測區(qū)域中是被隨意的散落的，沒有一定的規(guī)律性。傳感網(wǎng)絡(luò)除了感測特定的對象之外，還進(jìn)行簡單的計(jì)算。傳感網(wǎng)絡(luò)通過其自組織的功能，將單個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信和協(xié)商，最終形成傳輸信息的整體的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)通信的功能。

其次就是對節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的簡單介紹，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)在不同的應(yīng)用中是不同的。但是基本上都是由傳感單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸和電源這四個部分組成的。在這四個部分當(dāng)中，電源是影響節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)壽命的關(guān)鍵，目前我國的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)決定了其只能選擇AA型堿電池。在傳感網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸單元是由各種通信協(xié)議以及短距離的無線通信組成的，不過由于任務(wù)的調(diào)度較為復(fù)雜，所以還需要微型化的操作系統(tǒng)來幫助完成節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的操作。

最后一個結(jié)構(gòu)是通信協(xié)議棧。因?yàn)閭鞲畜w系的結(jié)構(gòu)都是不同的，所以通信協(xié)議棧也是不盡相同的。在我國最典型的傳感節(jié)點(diǎn)使用的協(xié)議模型中，包含了傳感網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的電源管理、移動管理以及任務(wù)管理。這三種管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的能量以及任務(wù)分配的監(jiān)測等，通過這種方式幫助節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)感測的任務(wù)，減少耗能。

二、無線傳感網(wǎng)絡(luò)動態(tài)休眠通信協(xié)議

動態(tài)休眠是非常有效的一種節(jié)能的手段，如果節(jié)點(diǎn)除了通信之外的時間都處于休眠的狀態(tài)之下的話，就可以很大程度上降低不必要的空閑能耗，這樣的話，就可以降低沖突和干擾。但是如果將其進(jìn)入休眠的話，也會帶來很多其他的新問題。

首先，如果將節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，就會導(dǎo)致其感知周圍通信的能力下降，這樣的話就需要對節(jié)點(diǎn)的休眠進(jìn)行協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)的方式有很多種，其中一種是將對其進(jìn)行信標(biāo)采樣。這種方式需要節(jié)點(diǎn)在聽到通信的時候都必須醒來，脫離休眠模式。但是這種蘇醒狀態(tài)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)不知道此次傳輸?shù)哪康牡厥欠袷亲约?，這樣的話，不僅導(dǎo)致更大程度的能量消耗，也會降低接收信號地成功率。

另外一種方式是讓節(jié)點(diǎn)有一個周期性進(jìn)入休眠的循環(huán)。這種方式需要保證節(jié)點(diǎn)之間的同步，并且在需要通信的時候，能夠自動開啟射頻的設(shè)備，這樣才能夠保證通信數(shù)據(jù)的正常傳輸。

目前低占空比MAC協(xié)議大多采用的都是同步休眠的方式，但是對于同步機(jī)制并沒有很深入的研究。對于動態(tài)休眠而言，它存在一個很大弱點(diǎn)就是它的時延性比較大。這是由于每調(diào)節(jié)點(diǎn)都存在著休眠延遲的狀態(tài)，因此綜合在一起，時延就會更長。尤其是在重負(fù)載的情況下，信道的沖突會導(dǎo)致更加明顯的遲延。除了這個原因之外，還由于其大量中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)不能夠被及時轉(zhuǎn)發(fā)，導(dǎo)致隊(duì)列溢出，這也會增長延遲的時間。

三、結(jié)語

本文從無線傳感網(wǎng)絡(luò)的概述入手，簡單的介紹了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，將其與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行了區(qū)分，幫助對其有一個更加深刻的認(rèn)識。然后對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)休眠通信協(xié)議進(jìn)行了簡單的介紹。

這使得我們了解到，雖然休眠可以幫助其降低能耗，但是會存在很多其他暫時未能解決的問題，并且動態(tài)休眠也會導(dǎo)致它的弱點(diǎn)變得突出。

所以我們需要積極研究，找到克服弱點(diǎn)的方法，推動無線傳感網(wǎng)絡(luò)以最節(jié)能耗的方式發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 楊凌；朱明虎.以數(shù)據(jù)為中心的無線傳感網(wǎng)絡(luò)分析[J].信息通信.2013（10）

[2] 李震；洪添勝；洪涯；文韜；李加念.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)田間射頻信號路徑損耗[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報.2010（12）