（無(wú)錫市工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，江蘇 無(wú)錫 214074）

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)而言之就是由大量微小傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的一種分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)抗毀性主要衡量的就是該系統(tǒng)提供可靠服務(wù)的能力[1]。該網(wǎng)絡(luò)由于并不依賴固定設(shè)備支撐，既能夠快速部署，又不受有限網(wǎng)絡(luò)的約束，易于組網(wǎng)，所以在環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療救護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但與此同時(shí)，由于硬件故障、遭遇入侵或者能量耗盡等諸多原因的影響，該網(wǎng)絡(luò)又時(shí)刻面臨著節(jié)點(diǎn)失效的問(wèn)題。因此，研究探討無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗毀性就具有尤為重要的意義和作用。

一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

1.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)在其中具體承擔(dān)數(shù)據(jù)采集工作，還承擔(dān)著簇頭節(jié)點(diǎn)或是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的角色。各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)彼此之間會(huì)遵循一定的通信協(xié)議從而組成多跳網(wǎng)絡(luò)，并會(huì)把感知數(shù)據(jù)傳輸至相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。然后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)把所感知的數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理后會(huì)通過(guò)衛(wèi)星等方式傳輸至基站，然后基站再借助Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸至各種終端，為其提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖1-1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種基于應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，具有資源受限、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性、以數(shù)據(jù)為中心、多跳路由、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、感知數(shù)據(jù)冗余度、節(jié)點(diǎn)容易實(shí)效等特征[2]，為了確保信息的準(zhǔn)確性，所以對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)的要求必須降低，容許存在大量冗余節(jié)點(diǎn)。目前是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)性，使其具有一定的自適應(yīng)性，會(huì)允許大量節(jié)點(diǎn)覆蓋檢測(cè)區(qū)，同時(shí)這還能夠減少盲區(qū)或是空穴的出現(xiàn)。

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗毀性能提升策略

1.路由控制

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在著諸多冗余節(jié)點(diǎn)，路由控制就是將網(wǎng)絡(luò)冗余特性利用起來(lái)，通過(guò)對(duì)備份機(jī)制的引入以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)抗毀性得以提升的作用。細(xì)化來(lái)說(shuō)，又存在鏈路冗余以及簇頭冗余兩種情況。鏈路冗余會(huì)在Sink節(jié)點(diǎn)以及源節(jié)點(diǎn)兩者之間建立多條鏈路，如此就能夠使得單一鏈路的負(fù)擔(dān)得以減輕，從而使受損的出現(xiàn)概率降低。如此，即便某一鏈路發(fā)生了故障，其他依然能夠?qū)崿F(xiàn)繼續(xù)工作，繼續(xù)承擔(dān)傳輸數(shù)據(jù)信息的功能。簇頭冗余主要是每個(gè)簇頭單元內(nèi)將會(huì)設(shè)置許多細(xì)小分支，倘若發(fā)生故障或是簇頭不足，那么其他備份簇頭就會(huì)重新肩負(fù)起數(shù)據(jù)收集、處理以及傳輸?shù)裙δ?，繼續(xù)發(fā)揮應(yīng)有的作用。路由控制的優(yōu)勢(shì)在于一不需要升級(jí)硬件，二不需要改動(dòng)硬件，僅通過(guò)路由優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)抗毀性能的增強(qiáng)，所以有利于減少網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本。但是需要注意的是，利用這種途徑來(lái)提升抗毀性能是以路由復(fù)雜程度上升以及通訊性能下降為代價(jià)的。

2.網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)主要是指在已經(jīng)布設(shè)了的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)將新的基礎(chǔ)設(shè)施引入原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異質(zhì)性的提升。目前主要的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法一是引入中繼節(jié)點(diǎn)，二是構(gòu)建小世界網(wǎng)絡(luò)。由于長(zhǎng)距離通信會(huì)存在傳感器節(jié)點(diǎn)耗能過(guò)多的問(wèn)題，與普通傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)比來(lái)說(shuō)，而中繼節(jié)點(diǎn)卻在可靠性、能量?jī)?chǔ)備、計(jì)算性能等方面有更加優(yōu)秀的表現(xiàn)，通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載予以有效均衡，從而使網(wǎng)絡(luò)能耗表現(xiàn)得以改善，使網(wǎng)絡(luò)連通度與冗余度得到提升，進(jìn)而獲得獨(dú)立的多條通信路徑，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的提升。當(dāng)前中繼節(jié)點(diǎn)布局算法主要是研究怎樣通過(guò)布設(shè)盡可能少的中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)讓網(wǎng)絡(luò)具備較好的容錯(cuò)性能，所以通常情況下主要有完成布設(shè)后通信路徑最短、中繼節(jié)點(diǎn)使用數(shù)量最少這個(gè)兩種指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)布局算法。而在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域，小世界網(wǎng)絡(luò)由于有著良好的拓?fù)鋵傩裕砸恢笔菬衢T研究對(duì)象。小世界網(wǎng)絡(luò)既擁有較小的平均路徑長(zhǎng)度，還擁有較大的聚類系數(shù)，是使網(wǎng)絡(luò)性能得以提升的關(guān)鍵所在。倘若能夠使所構(gòu)建的WSNs拓?fù)鋷в行∈澜缇W(wǎng)絡(luò)特征，那么就能夠讓網(wǎng)絡(luò)有著較好的連通性并且功耗也不高。

3.拓?fù)溲莼?/h3>

拓?fù)溲莼饕侵竿ㄟ^(guò)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模或者配置硬件參數(shù)的方式，使目前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑^優(yōu)抗毀性能方向演化。相比于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，借助拓?fù)溲莼椒ㄋ@得的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠际峭|(zhì)網(wǎng)絡(luò)，不具備典型異質(zhì)性特征，即鏈路與節(jié)點(diǎn)彼此之間沒(méi)有存在較為明顯的差異。目前構(gòu)建k-連通網(wǎng)絡(luò)與無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)是主要的兩種拓?fù)溲莼椒?。其中k-連通網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性能予以改善，進(jìn)而幫助網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浍@得較佳的抗毀性能。無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)則是依靠引入新增節(jié)點(diǎn)，利用“偏好依附”機(jī)制[3]來(lái)助力網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)的實(shí)現(xiàn)，確保所生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵碛袩o(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的提升。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)通信主要是依靠網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)，倘若節(jié)點(diǎn)失效那么就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量受到影響，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法做到正常運(yùn)行。文章主要從路由控制方面、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方面以及拓?fù)溲莼矫妫@三個(gè)方面提出了網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的具體提升策略，以期能夠給予相關(guān)人員一定的參考。