微電網數據通信無線傳感網絡的跨層控制研究

肖智飛

（廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東廣州，510630）

0 引言

近些年，人們對服務質量的要求越來越高，無線傳感器為了適應這一新要求開始采用跨層傳輸設計。跨層次思想的相互融合讓分離層次的界限逐漸顯得格外模糊，而不同子層的網絡也逐漸實現了共享，網絡傳輸性得到了提升。雖然各子層之間的共享相對來說稍有作用，但隨著跨層深入優化，結構和規律也在不斷消失，在飛速發展的同時無線網絡中的優化問題也越來越復雜。

1 微電網數據通信無線傳感網絡概述

1.1 規模

傳感器的部署在監測區域中較多，網絡信息的獲取量也較大，如果在發達城市中采用傳感器進行各項監測，要想使得偵測結果準確需借助大量的傳感器節點，另一方面，傳感器節點在城市布局當中算得上是比較密集的，這意味著在一個很小的空間里，大量的傳感器節點只能通過傳感器來進行分析。

1.2 動態形式

傳感器節點在遇到惡劣環境或者是低點消耗的時候都有可能出現故障，不同的環境，傳感器節點可能會出現斷路情況。傳感器檢測的對象以及觀察者有可能變化，傳感器應適應多種變化來維持系統的穩定性。

1.3 可靠性

計算機網絡系統作為無線傳感網絡的分層與跨層兩種傳輸的基礎，要想在互聯網中有效發展無線傳感網絡，就必須針對所屬的IP地質，時刻以IP地址為核心。

2 跨層思想

傳統分層設計擁有結構分明、層與層之間獨立、維護便捷等優點。分層可能會導致不同層中功能重復，例如只需進行1層完成的工作，若是全部層通過才能停止，那會浪費額外的資源造成成本流失。根據文章中所研究出的問題，并以此問題提出了一個全新不同跨層思思昂?？鐚优c分層兩者之間相比，跨層的突出特點在于從不追求某一部分的優化作用，而是非常仔細的通過分析全局來找出各環節不同優化的點，根據此方式來提高各環節的性能。雖說如此，但跨層優化的設計沒有使分層設計徹底替換，而是將其模糊化，通過具體管道子層中不同的相互作用來進行相關參數分配，讓最終結果達到最佳利用，以此提高網絡的整體優化。跨層優化指每層之間達到交互作用，使網絡能符合不同的也業務需求。本文采用跨層優化核心思想（如圖1所示）。

圖1 跨層優化

3 建立微電網無線傳感器網絡模糊認知圖模型

3.1 微電網數據通信性能指標分析

由于網絡數據傳輸的實時與可靠兩種性能之間的區間有局限性，而且不同因素之間的關系不太明確。為此，要通過不同的模型和理論知識來進行分析兩者之間的因果關系：①物理曾在發射頻率上升的同時，物理層的節點可靠性也會持續增長，但是會導致其他節點可靠性不穩定。②當MAC層的退避時間減少2個小時以后，通信數據的實時編號會隨著搶占信道高綠的增加，丟包率也會因此持續增加，可靠性隨之變差。當網絡層選擇實時性較好的多跳路徑通信時，通信數據的實時性能就會提高。同樣，選擇可靠的多跳路徑通信也可以提高通信數據的可靠性。④隨著應用層數據生成速率的增加，數據碰撞概率增加，導致時延增加，信道沖突速率增加，網絡有效吞吐率降低。

3.2 模糊認知圖模型構建

針對微電網無線傳感器網絡數據通信的特點，分析出影響性能指標的主要因素，以數據層產生率為輸入，可靠性以及實時性為輸出，一個由10個概念頂點組成的模糊認知圖模型，中間變量包括發射功率、背景噪聲、信道沖突率、網絡有效吞吐率、丟包率、退避時間和路由協議，并利用數字方法來表明之間的因果關系。來建立通信數據實時性和可靠性的空間模型，如圖2所示。

圖2 微電網無線傳感器網絡模糊認知圖

4 無線傳輸網絡中跨層傳輸優化策略

利用自律反饋時限跨層訪問的關鍵是用過“四自”屬性的自律來進行計算，讓系統從始至終都對未來情況有個預防性。根據對數據的詳細計算，使系統的魯棒性得到大幅度提升。但由于所處環境是一個及其復雜而且結構較為異常的，首先要時刻保證句法與語義始終保持一致性，以防出面歧義的現象，通過每個層不同的參數數據變化和網絡信道條件的變化，會將其自動調制出相應的有效預防動作，并獲得最佳的最佳的處理效果?？鐚觾灮c各不同子層之間時需要依靠網絡來實現信息互遞，并針對整個軟件協議棧進行優化處理。每個不同的節點讓跨層之間的優化更加明確。而跨層優化的決策完全依賴于傳感器網絡的公平性、有效數據吞吐量以及有效網絡生存期和傳輸延遲最小化等不同參數。層與層之間不同，所以信息與接口也是不同的，為此所要優化的目標也是不同的。

4.1 傳輸層的優化目標

眾多不同層中，傳輸層作為最核心的一層，它的主要工作就是傳輸數據與控制數據。作為核心層，不僅擔負著傳輸數據的重任，又是眾多層的中間層。為此，在想無線傳感器網絡提供服務的過程中，高層用戶也需要利用傳輸層來獲取傳輸地址，以此來實現資源的互通以及共享，使其傳輸層的管道得以優化升級，來實現流量控制和差錯控制的端與端連接，使工作效率得到提升。

4.2 網絡層的優化目標

網絡層主要把所需的數據傳送至想進的端點，再由端點傳至到不同功能模塊中，以此來實現對無線傳感器中的數據進行下一步控制管理，利用專用的管道把所設計好的不同數據傳導不同節點上，其主要工作環節包括綜合業務以及選擇算法等。

4.3 物理層和數據鏈路層的優化目標

物理層與數據鏈路層的相結合后不斷進行優化，使之形成了一個“超級層”，此層會在不同的層中持續增加全新的接口，對兩個不同的層進行推動優化。首先可以使兩層中間的設置參數進行節省，其次，不僅保持了兩層之間的獨立，更加利于跨層的實現。

無線傳感器中每層的性能都是相互依靠工作的，并不是獨立的。假如把個層之間的性能優化方案當成每個層的終極優化方案這將導致應用受限制，會導致網絡資源浪費。正因如此，跨層傳輸在無線傳輸網絡中的優化，對整個網絡流通等具有非常重大的意義。無線傳輸網絡中的整個運行核心就是數據，但沒有功能也無法進行，功能最主要的任務就是收集數據并上傳。不同的應用背景針對無線傳感器網絡要求也不相同，應當詳細到點與傳感器網絡層上的應用，只有這樣效率才會增加，簡潔也才能得到優化。無線傳感器中的應用結構非常復雜再加上多元化的不同變化讓分層結構受到潛質，每個層也無法達到高效的工作狀態。基于此，才不斷研究并引入跨層傳輸的思想，在整個無線傳感網絡的過程中，每個層之間的安全性也是有著密切關系的，有個層之間的總體進行決定。要想使整個無線傳輸網絡的安全得到有效維護，不同層之間也不能進行綜合，也不能讓每個層達到最佳效果。

5 結語

近年來，分布式電源的微網系統發展得到了加快，微電網也從傳統的被動轉化為了主動，信息流與能量流兩種船體，正是實現微電網智能化的紐帶，無線傳完網絡作為全新研發出來的無線通訊技術，通過自身獨有的特點，在分布式網絡中有著多方面的廣泛應用。無線傳感網絡會在不同的階層之間進行傳輸并建立相關的交流機制。在充分利用計算機自律的條件下，根據網絡的具體情況進行及時緹歐正，對我國未來網絡發展有著重要的意義。