無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

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1、傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，有非感常多的關(guān)鍵技術(shù)有待發(fā)現(xiàn)和研究，下面僅列出部分關(guān)鍵技術(shù)。1、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茖τ跓o線的自組織的傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂凭哂刑貏e重要的意義。通過拓?fù)淇刂谱詣?成的良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提高路市協(xié)議和MAC協(xié)議的效率，可為數(shù)據(jù)融合、時間同步和目標(biāo)定位等很多方面奠定基礎(chǔ)，有利于節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量來延長網(wǎng)絡(luò)的生存期。所以，拓?fù)淇刂剖菬o線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心技術(shù)Z-O傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂苾星爸饕芯康膯栴}是在滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通度的前提下，通過功率控制和骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的選擇，剔除節(jié)點(diǎn)之間不必要的無線通信鏈路，生成一個高

2、效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)淇刂瓶梢苑譃楣?jié)點(diǎn)功率控制和層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成兩個方面。功率控制機(jī)制調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，在滿足網(wǎng)絡(luò)連通度的前提下，減少節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，均衡節(jié)點(diǎn)單跳可達(dá)的鄰居數(shù)目；已經(jīng)提出了COMPOW等統(tǒng)一功率分配算法，LINT/LILT和LMN/LMA等基于節(jié)點(diǎn)度數(shù)的算法，CBTC、LMST、RNG、DRNG和DLSS等基于鄰近圖的近似算法。層次型的拓?fù)淇刂评梅执貦C(jī)制，讓一些節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn).rti簇頭節(jié)點(diǎn)形成一個處理并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的骨干網(wǎng)，其他非骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以暫時關(guān)閉通信模塊，進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量;目前提出了TopDisc成簇算法，改進(jìn)的GAF虛擬地理網(wǎng)格分簇算法，

3、以及LEACH和HEED等自組織成簇算法。除了傳統(tǒng)的功率控制和層次型拓?fù)淇刂?，人們也提出了啟發(fā)式的節(jié)點(diǎn)喚醒和休眠機(jī)制。該機(jī)制能夠使節(jié)點(diǎn)在沒有事件發(fā)生時設(shè)置通信模塊為睡眠狀態(tài)，而在有事件發(fā)生時及時自動醒來并喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)，形成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種機(jī)制重點(diǎn)在于解決節(jié)點(diǎn)在睡眠狀態(tài)和活動狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換問題，不能夠獨(dú)立作為一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制機(jī)制，因此需要與其他拓?fù)淇刂扑惴ńY(jié)合使用。2.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由于傳感器節(jié)點(diǎn)的計算能力、存儲能力、通信能量以及攜帶的能量都十分有限，每個節(jié)點(diǎn)只能獲取局部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，其上運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也不能太復(fù)雜。同時，傳感器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)資源也在不斷變化，這些都對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議捉出了更

4、高的要求。傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議負(fù)責(zé)使各個獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)形成一個多跳的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，目前研究的重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議決定監(jiān)測信息的傳輸路徑；數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)訪問控制用來構(gòu)建底層的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，控制傳感器節(jié)點(diǎn)的通信過程和工作模式。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議不僅關(guān)心單個節(jié)點(diǎn)的能量消耗,更關(guān)心整個網(wǎng)絡(luò)能量的均衡消耗，這樣才能延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存期。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的，這在路由協(xié)議中表現(xiàn)得最為突出，每個節(jié)點(diǎn)沒有必要采用全網(wǎng)統(tǒng)一的編址，選擇路徑可以不用根據(jù)節(jié)點(diǎn)的編址，更多的是根據(jù)感興趣的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。冃前提出了多種類型的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，如多個能

5、量感知的路rti協(xié)議，定向擴(kuò)散和謠傳路由等基于查詢的路由協(xié)議,GEAR和GEM等基于地理位置的路由協(xié)議，SPEED和RelnForM等支持QoS的路由協(xié)議。傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議首先要考慮節(jié)省能源和可擴(kuò)展性，其次才考慮公乎性、利用率和實時性等。在MAC層的能量浪費(fèi)主要表現(xiàn)在空閑偵聽、接收不必要數(shù)據(jù)和碰撞重傳等。為了減少能量的消耗,MAC協(xié)議通常采用“偵聽/睡眠”交替的無線信道偵聽機(jī)制，傳感器節(jié)點(diǎn)在需耍收發(fā)數(shù)據(jù)時才偵聽無線信道，沒有數(shù)據(jù)需耍收發(fā)時就盡量進(jìn)入睡眠狀態(tài)。近期提出了S-MAC>T—MAC和Sift等基于競爭的MAC協(xié)議，DEANA、TRAMA、DMAC和周期性調(diào)度等時分復(fù)用的MAC協(xié)議

6、，以及CSMA/CA與CDMA相結(jié)合、TDMA和FDMA相結(jié)合的MAC協(xié)議。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用需求不同時，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議往往需要根據(jù)應(yīng)用類型或應(yīng)用目標(biāo)環(huán)境特征定制，沒有任何?個協(xié)議能夠高效適應(yīng)所有的不同的應(yīng)用。2.網(wǎng)絡(luò)安全無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)，不僅要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而且要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和融合、任務(wù)的協(xié)同控制等。如何保證任務(wù)執(zhí)行的機(jī)密性、數(shù)據(jù)產(chǎn)牛的可靠性、數(shù)據(jù)融合的高效性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，就成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問題需要全面考慮的內(nèi)容。為了保證任務(wù)的機(jī)密布置和任務(wù)執(zhí)行結(jié)果的安全傳遞和融合，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要實現(xiàn)一些最基本的安全機(jī)制：機(jī)密性、點(diǎn)到點(diǎn)的消息認(rèn)證、完整性鑒別、新

7、鮮性、認(rèn)證廣播和安全管理。除此之外，為了確保數(shù)據(jù)融合后數(shù)據(jù)源信息的保留，水印技術(shù)也成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的研究內(nèi)容。雖然在安全研究方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有引入太多的內(nèi)容，但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)決定了它的安全與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全在研究方法和計算手段上有很大的不同。首先，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的單元節(jié)點(diǎn)的各方而能力都不能與目前Internet的任何一種網(wǎng)絡(luò)終端相比，所以必然存在算法計算強(qiáng)度和安全強(qiáng)度之間的權(quán)衡問題，