無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀研究
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2．3 覆蓋
覆蓋控制作為WSN中的一個基本問題，反映了網(wǎng)絡(luò)所能提供的感知質(zhì)量，從而優(yōu)化WSN空間資源得到優(yōu)化分配，進(jìn)而更好地完成環(huán)境感知、信息獲取和有效傳輸?shù)娜蝿?wù)。按照WSN節(jié)點配置方式的不同，覆蓋問題分為確定性覆蓋、隨機覆蓋兩大類。如果WSN的狀態(tài)相對固定或是WSN環(huán)境已知，就可以根據(jù)預(yù)先配置的節(jié)點位置確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r或增加關(guān)鍵區(qū)域的傳感器節(jié)點密度，這種情況被稱為確定性覆蓋問題。
X．Wang等人提出了一種分布式網(wǎng)絡(luò)配置協(xié)議(CCP)。該協(xié)議規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點一共有三種狀態(tài)，分別為休眠、活動和監(jiān)聽。監(jiān)聽狀態(tài)時，節(jié)點采集鄰居節(jié)點的狀態(tài)信息，執(zhí)行K覆蓋算法。K覆蓋算法確定該節(jié)點處于何種工作狀態(tài)，還可以事先指定的任意的覆蓋度。G．Veltri等人提出最小最大暴露路徑算法。最小暴露路徑可以看成是傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的最差情況，文中給出單傳感器情況下閉合形式解。此解可以看作是快速的近似計算的基礎(chǔ)。最大暴露路徑算法可以看成是網(wǎng)絡(luò)的最佳覆蓋情況，并證明了最大暴露路徑問題是NP難問題，還給出了幾種近似解算法。Megerian等人提出了最壞最佳覆蓋算法。首先定義了最大支撐路徑(maximal support path)和最大突破路徑。分別使得路徑上的點到周圍最近傳感器的最小距離最大化以及最大距離最小化。通過Voronoi圖和Delaunay三角形查找最大突破和支撐路徑。根據(jù)兩個極限情況，得到臨界的網(wǎng)絡(luò)路徑結(jié)果完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配置。
2．4 數(shù)據(jù)融合
大多數(shù)無線WSN應(yīng)用都是由大量傳感器節(jié)點構(gòu)成的，共同完成信息收集、目標(biāo)監(jiān)視和感知環(huán)境的任務(wù)。在信息采集過程中，各個節(jié)點直接傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點的方法顯然是不合適的。通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將多份數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行處理，能夠組合出更高效、更符合用戶需求的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)融合中，集中式融合方法容易帶來網(wǎng)絡(luò)擁塞，帶寬受限，容錯能力差。因而，設(shè)計合理有效的分布式的濾波算法已成為當(dāng)前無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究的熱點問題之一。最早提出的全分散卡爾曼濾波器證明分散融合結(jié)果與集中融合結(jié)果相同，但是要求所有節(jié)點之間都有通信。Xi-ao等人在傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了分布式一致濾波方法，采用加權(quán)最小二乘近似估實現(xiàn)計靜態(tài)參數(shù)狀態(tài)。R．O．Saber等人提出了一種動態(tài)分布一致估計方法，該方法將集中卡爾曼濾波分解為n個微卡爾曼濾波器。文中證明的濾波結(jié)果與集中濾波的結(jié)果相同。參考文獻(xiàn)中提出的一致濾波器直接作用于狀態(tài)空間變量的估計值，因而又稱為卡爾曼一致性濾波器(KCF)。
2．5 網(wǎng)絡(luò)安全
缺乏有效的安全機制已經(jīng)成為應(yīng)用的主要障礙。加密是網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)中最基本的方法。為了建立傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全機制和協(xié)議，需要在通信節(jié)點對之間設(shè)立共享密鑰。鄰居節(jié)點不確定，以及網(wǎng)絡(luò)中任何一對節(jié)點有唯一的密鑰需要足夠的存儲資源，因而是不合適的。
Basagni等人提出全局共享密鑰。該方法對存儲需求小，無需建立附加的密鑰，故無需節(jié)點問通信，是一種節(jié)能方法。然而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個節(jié)點遭受攻擊時，整個網(wǎng)絡(luò)都有可能遭到破壞。Tassos等人提出分簇密鑰管理，簇內(nèi)成員共享相同的密鑰，簇間通信則通過位于簇交界處的節(jié)點完成。這類節(jié)點中存儲多個密鑰并完成密鑰轉(zhuǎn)換，保證全網(wǎng)的安全通信。A．Wacker等人提出了分散化密鑰交換協(xié)議，即使攻擊者已入侵網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點仍能保證密鑰的安全。該協(xié)議在S連通圖中尋找S節(jié)點不相交路徑發(fā)送共享密鑰，并在路徑中建立鏈接，并將共享密鑰加密。一旦密鑰共享建立，如果不能訪問所有的共享密鑰，入侵者也無法恢復(fù)數(shù)據(jù)。
3 總結(jié)與展望
與其他網(wǎng)絡(luò)不同，WSN可以廣泛地應(yīng)用在民用、環(huán)境監(jiān)測及工業(yè)等不同的領(lǐng)域。WSN針對不同的應(yīng)用有不同假設(shè)和需求。當(dāng)前已經(jīng)提出一系列協(xié)議，它們有各自的優(yōu)點和適用的環(huán)境，也存在一些不足。而隨著工藝、計算機及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，WSN必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，迫切需要高效的支撐技術(shù)算法和協(xié)議。本文給出將來WSN的幾個發(fā)展方向：
①能效問題研究是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的熱點研究問題。針對不同應(yīng)用的能效節(jié)點自定位算法、優(yōu)化覆蓋算法、時間同步算法都是值得進(jìn)一步深入研究的問題，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
②在高密度網(wǎng)絡(luò)中，需要大范圍時間同步。時間同步可以減少事件碰撞、能量浪費和統(tǒng)一更新。現(xiàn)有的時間同步方案致力于同步網(wǎng)絡(luò)中的局部節(jié)點時鐘以及較少的能量負(fù)擔(dān)。接下來的研究可以更多地關(guān)注最小化長時間的不確定性誤差，提高精度。
③WSN中布置了大量的節(jié)點，隨著時間發(fā)展會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)壓縮、融合和聚合技術(shù)能有效地減少數(shù)據(jù)傳送量。基于事件的壓縮、融合、聚合方案和連續(xù)時間采集網(wǎng)絡(luò)也是具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。
④WSN的安全檢測問題。安全協(xié)議需要能監(jiān)視、檢測，同時應(yīng)對入侵者的攻擊?，F(xiàn)有的許多安全協(xié)議多數(shù)是針對網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的。然而惡意攻擊可能出現(xiàn)在任何層中，不同層的安全檢測是一個值得研究的問題?？鐚拥陌踩珯z測是網(wǎng)絡(luò)安全研究中的又一具有挑戰(zhàn)性的課題。
⑤可擴(kuò)展性。保證網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性是WSN的另一項關(guān)鍵需求。由于能消耗盡、節(jié)點故障、通信故障等原因，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常常會發(fā)生變化，如果沒有網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性保證，網(wǎng)絡(luò)的性能會隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模增加或是隨著時間而顯著降低。
⑥WSN有著分層的體系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致各層的優(yōu)化設(shè)計不能保證整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計最優(yōu)。將MAC與路由相結(jié)合進(jìn)行跨層設(shè)計可以有效節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理、低功耗設(shè)計、時間同步和節(jié)點定位方面也可以結(jié)合實際，跨層優(yōu)化設(shè)計。本文引用地址：http://2s4d.com/article/156159.htm
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