无线传感器发展研究方向概况

发布时间:2017-12-16  发布者:利坤电子

   传输调度因其在网络性能和避免干扰等方面展现出的巨大潜力,正吸引着越来越多学者的关注。研究人员针对无线传感器网络的应用需求和新特征进行了大量卓有成效的研究,新的传输调度方法层出不穷。但由于各种传输调度方法关注的网络特性、优化的性能指标、采取的技术手段和面向的具体应用各不相同,因而实际效果千差万别。事实上,无线传感器网络的传输调度方法研究的趋势并没有呈现收敛性,也无法形成标准。究其原因:   先,传输调度方法不可避免的受到物理硬件平台和物理层协议的影响,而目前作为协议栈底层基础架构的物理层仍缺乏统一的标准;其次,无线传感器网络与应用高度相关,应用差异性使得传输调度方法无法兼顾所有的网络特性,只能在多个性能指标之间做出选择和折中。鉴于无线传感器网络对于应用相关的要求(主要为实时性和性)   加严格,使得现阶段的研究工作在调度建模、约束满足、调度方法、容限分析、测试和验证等方面还存在很多需待解决的问题。
   1)调度建模问题
   建模是对实际问题的抽象和简化,是调度算法设计和分析的基础。无线传感器网络的传输调度问题具有复杂动态、多目标、多约束等特点,需要解决考虑多种因素、综合多种指标的传输调度建模问题。而针对目前无线传感器网络的应用特点,传输调度的约束主要由点到点单跳传输间的顺序关系、报文截止期、单跳成功率、与位置相关的信道占用以及能量等约束构成;传输调度的目标主要由资源利用率、截止期、能耗以及各目标的均衡构成。同时,无线传感器网络的应用环境,特别是工业应用环境,存在不确定因素:环境干扰严重、温度变化范围大(一般从-45℃~80℃);高湿度、高震动以及频繁移动的人员和设备,使得信道的状态和容量会随着时间、位置和频率而变化;节点加入、离开和失效等导致网络拓扑结构和路由等也具有动态性。种种因素对传输调度的   建模提出了   高的实用性和灵活性要求,增加了调度建模的难度。因此,需要对具有动态适应性、复杂时空约束和多目标的传输调度问题进行   建模。
   2)约束满足问题
   目前无线传感器网络对报文截止期和成功传输率的要求   加苛刻。在网络动态性强、信道时空变化频繁等前提下,如何将端到端的截止期约束和成功传输率约束转化为传输调度算法所能处理的单跳约束,是需要下一步解决的问题。而目前的传输调度方法对这2个约束考虑较少,致使现有研究成果无法直接应用。
   3)调度方法问题
   大规模网络、周期性任务等特点,使得问题的求解面临着组合爆炸问题;大规模、分布式等特点,使得集中式算法无法满足应用,而分布式局部调度算法又面临着无法确定性要求和全局   优的困扰。非周期性任务、信道状态的动态变化、拓扑结构和路由的改变等不确定性因素,对传输调度方法提出了   高的自适应要求。现有的集中式传输调度方法,存在单点故障问题且开销较大,而分布式传输调度方法于小规模网络的应用。此外,现有的传输调度方法分配方式固定,主要面向周期性任务,而且对网络的动态性考虑较少。因此,需要研究适用于大规模网络的、分布式优化的、适应网络动态性的、和轻型的传输调度方法。
   4)容限分析问题
   网络容量和所需通信资源上下限,是评价传输调度算法优劣的关键指标。现有的研究主要针对Adhoc网络以及网状结构的无线传感器网络进行分析,且不考虑底层协议对于网络容量的影响,从而导致分析结果过于理想。因此,需要研究考虑底层协议,特别是传输调度协议下的网络容量,为后续底层协议的设计和优化提供理论依据。
   5)测试和验证问题
   无线传感器网络在工业中的应用才刚刚起步,现有的研究还主要采用仿真验证和小规模实验验证,缺乏完善的实验平台和验证体系。需要设计和实验平台,建立评价体系,以对研究成果进行地验证。
   综上所述,面向无线传感器网络的传输调度问题,是具有明确应用背景和相当研究难度的问题,已有的传输调度理论和方法还不能满足实际问题的需求,尤其是目前对于传输调度的研究仍然是一个空白。另一方面,在传输调度理论已经取得重要进展的前提下,针对新、发掘新问题,面向实际拓展研究的和广度,是传输调度理论研究的重要方向。

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