試論無線傳感網絡動態休眠通信協議

許仁德+吳光榮

【摘要】 本文從無線傳感網絡的結構與特點入手，大致的對其進行分析。并且簡單的介紹通過無線傳感網絡形成的動態休眠通信的協議，幫助我們對此產生較為明確的認識。

【關鍵詞】 無線傳感網絡 動態休眠 節能機制

一、無線傳感網絡的概述

無線傳感網絡的結構較多也較為復雜。大致包括通信結構、節點結構、通信協議棧這三種。

首先介紹通信結構。通信結構是無線傳感網絡中與應用直接相關的應用。一般常見的靜態檢測如下圖所示。在這種傳感網絡中，節點在整個監測區域中是被隨意的散落的，沒有一定的規律性。傳感網絡除了感測特定的對象之外，還進行簡單的計算。傳感網絡通過其自組織的功能，將單個節點進行通信和協商，最終形成傳輸信息的整體的網絡，從而實現通信的功能。

其次就是對節點結構的簡單介紹，節點結構在不同的應用中是不同的。但是基本上都是由傳感單元、數據處理單元、數據傳輸和電源這四個部分組成的。在這四個部分當中，電源是影響節點結構中節點壽命的關鍵，目前我國的無線傳感網絡的特點決定了其只能選擇AA型堿電池。在傳感網絡中，數據傳輸單元是由各種通信協議以及短距離的無線通信組成的，不過由于任務的調度較為復雜，所以還需要微型化的操作系統來幫助完成節點結構中的操作。

最后一個結構是通信協議棧。因為傳感體系的結構都是不同的，所以通信協議棧也是不盡相同的。在我國最典型的傳感節點使用的協議模型中，包含了傳感網絡獨特的電源管理、移動管理以及任務管理。這三種管理系統負責節點的能量以及任務分配的監測等，通過這種方式幫助節點協調感測的任務，減少耗能。

二、無線傳感網絡動態休眠通信協議

動態休眠是非常有效的一種節能的手段，如果節點除了通信之外的時間都處于休眠的狀態之下的話，就可以很大程度上降低不必要的空閑能耗，這樣的話，就可以降低沖突和干擾。但是如果將其進入休眠的話，也會帶來很多其他的新問題。

首先，如果將節點關閉，就會導致其感知周圍通信的能力下降，這樣的話就需要對節點的休眠進行協調。協調的方式有很多種，其中一種是將對其進行信標采樣。這種方式需要節點在聽到通信的時候都必須醒來，脫離休眠模式。但是這種蘇醒狀態導致節點不知道此次傳輸的目的地是否是自己，這樣的話，不僅導致更大程度的能量消耗，也會降低接收信號地成功率。

另外一種方式是讓節點有一個周期性進入休眠的循環。這種方式需要保證節點之間的同步，并且在需要通信的時候，能夠自動開啟射頻的設備，這樣才能夠保證通信數據的正常傳輸。

目前低占空比MAC協議大多采用的都是同步休眠的方式，但是對于同步機制并沒有很深入的研究。對于動態休眠而言，它存在一個很大弱點就是它的時延性比較大。這是由于每調節點都存在著休眠延遲的狀態，因此綜合在一起，時延就會更長。尤其是在重負載的情況下，信道的沖突會導致更加明顯的遲延。除了這個原因之外，還由于其大量中轉數據不能夠被及時轉發，導致隊列溢出，這也會增長延遲的時間。

三、結語

本文從無線傳感網絡的概述入手，簡單的介紹了無線傳感網絡的結構和特點，將其與傳統的網絡之間進行了區分，幫助對其有一個更加深刻的認識。然后對于無線傳感網絡的動態休眠通信協議進行了簡單的介紹。

這使得我們了解到，雖然休眠可以幫助其降低能耗，但是會存在很多其他暫時未能解決的問題，并且動態休眠也會導致它的弱點變得突出。

所以我們需要積極研究，找到克服弱點的方法，推動無線傳感網絡以最節能耗的方式發展。

參 考 文 獻

[1] 楊凌；朱明虎.以數據為中心的無線傳感網絡分析[J].信息通信.2013（10）

[2] 李震；洪添勝；洪涯；文韜；李加念.基于神經網絡預測的無線傳感器網絡田間射頻信號路徑損耗[J].農業工程學報.2010（12）