無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信技術(shù)

吳瓊

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）依賴于傳感器節(jié)點(diǎn)輸入和通信通過單跳或多跳路徑的接收器。輻射事件等環(huán)境條件破壞節(jié)點(diǎn)功能，創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致通信孔系統(tǒng)和信息丟失。目前提出了可靠和高效的數(shù)據(jù)在存在節(jié)點(diǎn)方法的情況下，在固定WSN中獲取識別臨時(shí)從系統(tǒng)中刪除的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。隨后節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⑼ㄐ拍Ｊ紸KRF切換到抗輻射聲學(xué)模式，或喚醒相鄰的未受影響的休眠節(jié)點(diǎn)以傳送收集的數(shù)據(jù)。這個(gè)方法會解決由于環(huán)境事件的臨時(shí)損壞導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)隔離問題。模擬結(jié)果表明，這個(gè)方法比現(xiàn)有方法能獲得更好的結(jié)果吞吐量、數(shù)據(jù)包傳輸率和平均延遲時(shí)間。

關(guān)鍵詞：無線；傳播；通信；接收

中圖分類號：TP2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號2095-6363（2017）04-0086-01

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）等一般的無線傳感器和執(zhí)行器最初開發(fā)用于軍事用途的網(wǎng)絡(luò)（WSAN）已經(jīng)成為一種流行的技術(shù)，特別是在需要大量低功耗設(shè)備的應(yīng)用中。無線傳感器已經(jīng)在大規(guī)模領(lǐng)域得到實(shí)施，如監(jiān)視，安全和環(huán)境監(jiān)測。

WSN使用動態(tài)空間分布式自主傳感器限制系統(tǒng)中的資源節(jié)點(diǎn)和能量。是否隨機(jī)部署，在策略上傳感器節(jié)點(diǎn)可以檢測物理參數(shù)，如溫度和壓力以及可以使用單跳或多跳連接，將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。外部由黑客以及諸如輻射等環(huán)境因素導(dǎo)致的故障，都是重要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)面臨的挑戰(zhàn)。在WSN系統(tǒng)中可以存在數(shù)百或數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是連接到一個(gè)或多個(gè)傳感器，并且包括微控制器、電子電路、無線電收發(fā)器和能量源（電池）。這些傳感器節(jié)點(diǎn)的大小和成本變化并可能影響其他資源，如帶寬、速度、內(nèi)存和能量。WSN使用各種拓?fù)淙缧切尉W(wǎng)絡(luò)或多跳無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型體系結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)區(qū)域型，其中包含傳感器、以及可能受到輻射的影響_2]。網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)并發(fā)送數(shù)據(jù)到外部來源。外部來源通常是一個(gè)計(jì)算機(jī)，它讀取所有的傳輸數(shù)據(jù)。由傳感器節(jié)點(diǎn)向計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)便利于此匯節(jié)點(diǎn)。

1.節(jié)點(diǎn)傳輸方案

可以使用WSN技術(shù)的各種應(yīng)用，如健康護(hù)理監(jiān)測和區(qū)域監(jiān)測。在醫(yī)療保健監(jiān)控中，部署傳感器便攜式設(shè)備由患者佩戴或攜帶，可以定期檢查患者的價(jià)值有興趣的幾個(gè)參數(shù)，如生命體征和活動定期。在區(qū)域監(jiān)測和環(huán)境感測，傳感器可以通知軍方入境跨界。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在遙遠(yuǎn)或惡劣的地方能方便使用低電源功能。

傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)連接故障或無法正常通信，導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集和存儲受到阻礙時(shí)，WSN中可靠且高效的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)（REDAST）當(dāng)節(jié)點(diǎn)可以感知，但無法訪問時(shí)，突發(fā)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在WSN中由于核輻射或電磁場的影響，與相鄰節(jié)點(diǎn)通信輻射。在WSN中創(chuàng)建的動態(tài)洞可以是臨時(shí)性的，可能會增加或減少傳輸速率，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)中的信息丟失。如果這些故障出現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，不推薦完全刪除轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，可通過OFDM擴(kuò)展了頻率分布的成熟技術(shù)進(jìn)行多路復(fù)用。在FDM中，各種數(shù)據(jù)流被映射到單獨(dú)的并行頻率上3通道和每個(gè)通道由頻率保護(hù)頻帶分隔，以幫助減少相鄰?fù)ǖ乐g的干擾和噪聲。

2.傳感器傳輸結(jié)果

2.1傳輸機(jī)制

無人值守和低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)容易發(fā)生攻擊和故障。因此，提高這些WSN的效率，一個(gè)容錯(cuò)系統(tǒng)是不可或缺的。信息丟失由于系統(tǒng)中的故障會降低網(wǎng)絡(luò)的性能，而在容錯(cuò)系統(tǒng)中不需要永久刪除故障節(jié)點(diǎn)。REDAST提供了一個(gè)解決方案來保存具有轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的WSN，減少漏洞并防止信息丟失與雙重通信模式相兼容的傳感器節(jié)點(diǎn)。

在多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，合作和協(xié)作是兩個(gè)主要的傳感器節(jié)點(diǎn)成功運(yùn)行的要求。當(dāng)出現(xiàn)許多問題WSN的效率會受到故障、不當(dāng)行為和攻擊的影響。過去曾經(jīng)進(jìn)行過許多研究，以處理這些不當(dāng)行為WSN中的表面，引入了非參數(shù)異常檢測算法。在該算法中，使用節(jié)點(diǎn)每端的數(shù)據(jù)聚類來識別異常測量。其中傳感器節(jié)點(diǎn)的不當(dāng)行為分為兩類：一種為節(jié)點(diǎn)在有特定環(huán)境條件的情況下表現(xiàn)異常，其他情況則表現(xiàn)異常身體受損；另一種為基于質(zhì)量的距離向量（QDV），基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的蟻群優(yōu)化，在這種技術(shù)中，QDV評估和選擇最安全的通信路徑，消除了行為不端的節(jié)點(diǎn)。上述方法不僅處理行為不端的節(jié)點(diǎn)，還處理故障節(jié)點(diǎn)。

在無線傳感器系統(tǒng)中。提出了橋梁保護(hù)算法（BPA），其中各種技術(shù)的組合有助于改變WSN中局部節(jié)點(diǎn)的行為。然而，這些方法永久性地解決了故障節(jié)點(diǎn)。

2.2性能評估

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中有兩種節(jié)點(diǎn)類型：正常行為和轉(zhuǎn)機(jī)正常行為的節(jié)點(diǎn)可以感測所有周圍的數(shù)據(jù)并發(fā)送它們成功到其鄰居節(jié)點(diǎn)。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)可能或可能不能感測到它周圍的數(shù)據(jù)和收集到其相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的傳輸也是不正確或?yàn)榭铡?/p>

如果臨時(shí)輻射事件影響到WSN系統(tǒng)，則受影響的傳感器節(jié)點(diǎn)將失敗，在相鄰節(jié)點(diǎn)通信時(shí)也會造成異常。因此，該傳感器的通信范圍為零，始發(fā)節(jié)點(diǎn)暫時(shí)變化轉(zhuǎn)機(jī)輻射事件之前節(jié)點(diǎn)的初始配置節(jié)點(diǎn)，以隨機(jī)方式排列且在本質(zhì)上是均勻的。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有被分配了一個(gè)節(jié)點(diǎn)ID。匯節(jié)點(diǎn)是紫色的，是傳感器節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)。

傳感器節(jié)點(diǎn)能夠感知其物理環(huán)境并可以發(fā)送時(shí)正常運(yùn)行其感測數(shù)據(jù)到相鄰節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可能會暫時(shí)變形或者可能無法感知其環(huán)境并且不能與相鄰節(jié)點(diǎn)通信。一旦轉(zhuǎn)型節(jié)點(diǎn)重新獲得有利條件，它將重新建立通信與其相鄰節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)由傳感器節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)包括環(huán)境變化，如影響輻射。當(dāng)暴露于輻射時(shí)，系統(tǒng)中的一些節(jié)點(diǎn)保持活動狀態(tài)和一些進(jìn)入睡眠模式。保持能夠與接收器成功通信的主動節(jié)點(diǎn)顯示為紅色，而處于睡眠模式的節(jié)點(diǎn)為綠色。

3.結(jié)論

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中存在環(huán)境輻射，系統(tǒng)中出現(xiàn)臨時(shí)性錯(cuò)誤和不當(dāng)行為，這些都會影響系統(tǒng)的通信傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)。由環(huán)境輻射禁用的傳感器節(jié)點(diǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)，可能無法在一段時(shí)間內(nèi)有效地感知或通信，將節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)隔離。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的隔離，WSN中出現(xiàn)了空穴系統(tǒng)，增加了信息的丟失。本報(bào)告介紹了REDAST有效數(shù)據(jù)采集在WSN中存在的方法，以提高轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的行為，防止信息丟失，提高可靠傳輸數(shù)據(jù)。使用REDAST，數(shù)據(jù)從臨時(shí)隔離中可靠而成功地收集節(jié)點(diǎn)。結(jié)果表明，該方法在現(xiàn)有模型中，吞吐量，分組傳送率和平均延遲時(shí)間方面得到了提升。其雙重節(jié)點(diǎn)通信模式更節(jié)能，減少了端到端的延遲。本文提出的方法是成功的，但它有一個(gè)限制，網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器必須具有在雙模式下工作的能力。