周麗

摘 要：目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）已經(jīng)被廣泛和深入的應(yīng)用于各行各業(yè)中。在這種先進(jìn)信息技術(shù)的推動下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知的一場變革，并被廣泛應(yīng)用于軍事、商業(yè)等領(lǐng)域。但是，其本身存在的能量有限問題一直是導(dǎo)致其不能進(jìn)一步發(fā)展的重要原因之一。為了很好地解決這些問題，從節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方法入手，從多個(gè)方面了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度算法。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)；調(diào)度算法；異構(gòu)節(jié)點(diǎn)

中圖分類號：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.069

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，數(shù)量巨大的靜止或者移動的傳感器節(jié)點(diǎn)，用自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。WSN具有眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種情況。這些傳感器節(jié)點(diǎn)可以協(xié)作感知、采集、處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并且將這些信息發(fā)送給上一級的節(jié)點(diǎn)或者系統(tǒng)。WSN與當(dāng)今主流的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，采用的是802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。WSN以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)和商業(yè)等，并且已經(jīng)得到了越來越多的關(guān)注。在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，美國《技術(shù)評論》將WSN列為21世紀(jì)改變世界的十大新興技術(shù)之首。由此可見，WSN的出現(xiàn)將會給人類社會帶來巨大的變革。

但是，WSN的能量問題是制約其發(fā)展的重要因素之一。在WSN中，傳感器節(jié)點(diǎn)是由電池提供其工作的全部能量。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量比較多，成千上萬，有時(shí)傳感器所處的環(huán)境惡劣，人們不宜接觸。因此，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)能量不足時(shí)，為其再次補(bǔ)充能源是一個(gè)不切實(shí)際的做法。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量完全消耗盡時(shí)，節(jié)點(diǎn)將停止工作；當(dāng)停止工作的節(jié)點(diǎn)達(dá)到一定數(shù)量后，網(wǎng)絡(luò)無法繼續(xù)正常工作，網(wǎng)絡(luò)的生存周期也將結(jié)束。由此可以看出，WSN的網(wǎng)絡(luò)生存周期依賴于節(jié)點(diǎn)的生存周期。文中所述節(jié)點(diǎn)的能量是有限的，所以，WSN的網(wǎng)絡(luò)生存周期也是有限的。但是，某些應(yīng)用環(huán)境要求WSN的工作時(shí)間要盡可能長（幾個(gè)月甚至幾年），因而如何最大限度地延長WSN的生存周期成為了一個(gè)需要解決的重要問題。鑒于此，針對WSN設(shè)計(jì)中存在的問題提出有效的應(yīng)對策略成為了必然，也自然而然地成為了研究WSN的一個(gè)重要方向。

1 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法

1.1 調(diào)度算法對應(yīng)用環(huán)境的支持

無線傳感網(wǎng)的一個(gè)常用應(yīng)用是監(jiān)視、檢測其設(shè)定的、感興趣的范圍。然后，將無線傳感網(wǎng)檢測到的信息匯總、上傳。這種基于應(yīng)用環(huán)境的調(diào)度方法有很大的差別，總結(jié)起來可以歸結(jié)為兩類，即連續(xù)區(qū)域和離散區(qū)域的檢測。

1.2 調(diào)度算法能夠保持較好的網(wǎng)絡(luò)屬性

由于無線傳感網(wǎng)面臨的情況非常復(fù)雜，當(dāng)有些節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)時(shí)，整個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)一定要繼續(xù)保持完整的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)連通。另外，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，比如數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延和吞吐量等要保持在正常的狀態(tài)。

1.3 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法有其自身的屬性

節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法應(yīng)該有很好的魯棒性，即要有強(qiáng)大的可擴(kuò)展能力、分布式能力。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)有其能量屬性，所以，調(diào)度算法應(yīng)該要盡量簡潔，具有較低的算法復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。

1.4 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法支持節(jié)點(diǎn)的移動性

雖然現(xiàn)在大多數(shù)WSN是靜態(tài)的或者是半靜態(tài)的，即節(jié)點(diǎn)在布局之后就保持靜止。但是，在WSN中，節(jié)點(diǎn)具有移動性這一特性是不會改變的。在未來的發(fā)展中，或許會出現(xiàn)動態(tài)的節(jié)點(diǎn)布局，所以，算法對移動性的支持很重要。

1.5 節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法對異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的支持

在WSN的實(shí)際運(yùn)用中，根據(jù)需要的不同，在同一個(gè)區(qū)域中安裝的傳感器有很多種。這些傳感器的能量、通信半徑、感知半徑極有可能不同。而在這種復(fù)雜環(huán)境下，有效調(diào)度節(jié)點(diǎn)也是設(shè)計(jì)中需要考慮的問題，尤其是當(dāng)算法應(yīng)用于實(shí)際中時(shí)這一點(diǎn)更加重要。

2 總結(jié)

目前，已有的節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法大部分是從網(wǎng)絡(luò)覆蓋的角度出發(fā)來確定傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)的。但是，在這種情況下，有可能會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而影響路由協(xié)議。因此，綜合考慮路由選擇和覆蓋性能的能量高效覆蓋控制機(jī)制的設(shè)計(jì)是值得深入研究的。

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〔編輯：白潔〕