淺析無線傳感器網絡節點調度算法

周麗

摘 要：目前，無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）已經被廣泛和深入的應用于各行各業中。在這種先進信息技術的推動下，無線傳感器網絡以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革，并被廣泛應用于軍事、商業等領域。但是，其本身存在的能量有限問題一直是導致其不能進一步發展的重要原因之一。為了很好地解決這些問題，從節點的調度方法入手，從多個方面了解無線傳感網絡節點的調度算法。

關鍵詞：無線傳感器網絡；節點；調度算法；異構節點

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.069

無線傳感器網絡是由部署在監測區域內，數量巨大的靜止或者移動的傳感器節點，用自組織和多跳的方式構成的無線網絡。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、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環境中多種情況。這些傳感器節點可以協作感知、采集、處理網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息，并且將這些信息發送給上一級的節點或者系統。WSN與當今主流的無線網絡技術一樣，采用的是802.15.4標準。WSN以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點被廣泛應用于各個領域，包括軍事、航空、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業和商業等，并且已經得到了越來越多的關注。在預測未來技術發展的報告中，美國《技術評論》將WSN列為21世紀改變世界的十大新興技術之首。由此可見，WSN的出現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展的重要因素之一。在WSN中，傳感器節點是由電池提供其工作的全部能量。在一個網絡中，由于傳感器節點數量比較多，成千上萬，有時傳感器所處的環境惡劣，人們不宜接觸。因此，當傳感器節點能量不足時，為其再次補充能源是一個不切實際的做法。當傳感器節點的能量完全消耗盡時，節點將停止工作；當停止工作的節點達到一定數量后，網絡無法繼續正常工作，網絡的生存周期也將結束。由此可以看出，WSN的網絡生存周期依賴于節點的生存周期。文中所述節點的能量是有限的，所以，WSN的網絡生存周期也是有限的。但是，某些應用環境要求WSN的工作時間要盡可能長（幾個月甚至幾年），因而如何最大限度地延長WSN的生存周期成為了一個需要解決的重要問題。鑒于此，針對WSN設計中存在的問題提出有效的應對策略成為了必然，也自然而然地成為了研究WSN的一個重要方向。

1 節點調度算法

1.1 調度算法對應用環境的支持

無線傳感網的一個常用應用是監視、檢測其設定的、感興趣的范圍。然后，將無線傳感網檢測到的信息匯總、上傳。這種基于應用環境的調度方法有很大的差別，總結起來可以歸結為兩類，即連續區域和離散區域的檢測。

1.2 調度算法能夠保持較好的網絡屬性

由于無線傳感網面臨的情況非常復雜，當有些節點處于睡眠狀態時，整個無線傳感網絡一定要繼續保持完整的網絡覆蓋和網絡連通。另外，網絡參數，比如數據包的傳輸時延和吞吐量等要保持在正常的狀態。

1.3 節點調度算法有其自身的屬性

節點調度方法應該有很好的魯棒性，即要有強大的可擴展能力、分布式能力。因為節點有其能量屬性，所以，調度算法應該要盡量簡潔，具有較低的算法復雜度和空間復雜度。

1.4 節點調度算法支持節點的移動性

雖然現在大多數WSN是靜態的或者是半靜態的，即節點在布局之后就保持靜止。但是，在WSN中，節點具有移動性這一特性是不會改變的。在未來的發展中，或許會出現動態的節點布局，所以，算法對移動性的支持很重要。

1.5 節點調度算法對異構節點的支持

在WSN的實際運用中，根據需要的不同，在同一個區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。而在這種復雜環境下，有效調度節點也是設計中需要考慮的問題，尤其是當算法應用于實際中時這一點更加重要。

2 總結

目前，已有的節點調度算法大部分是從網絡覆蓋的角度出發來確定傳感器節點的工作狀態的。但是，在這種情況下，有可能會導致節點的狀態發生變化，進而影響路由協議。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制的設計是值得深入研究的。

參考文獻

[1]黃河清，沈杰.無線傳感網自適應能量驅動簇頭輪換算法研究[J].電子與信息學報，2009（05）.

[2]張源峰.淺談無線傳感網與物聯網的關系[J].湖北科技學院學報，2012（12）.

[3]連亞波，王宏敏.無線傳感網中的數據傳輸調度研究[J].科技創新與應用，2015（17）.

[4]馬奎，姚道遠，劉海濤.無線傳感網基于梯度的非均勻分簇[J].光學精密工程，2009（08）.

[5]何洪路，黃河清，姚道遠，等.Qualnet平臺下基于擴頻的無線傳感網物理層建模[J].計算機工程與設計，2008（01）.

[6]付耀先，姜華，劉海濤.基于無線傳感網擴頻通信的跨層CSMA多用戶接入[J].光學精密工程，2008（02）.

[7]胡必武，蔡海濱.基于無線傳感網的目標檢測與跟蹤系統研究[J].計算機工程與設計，2008（05）.

〔編輯：白潔〕