無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渚S護(hù)（一）

　　拓?fù)渚S護(hù)和其它傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，其主要目的是延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)被構(gòu)建用來實(shí)現(xiàn)某些任務(wù)，如執(zhí)行傳感和傳輸傳感數(shù)據(jù)，因此一個(gè)或多個(gè)服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)如保持傳感覆蓋以及保持網(wǎng)絡(luò)連通等也通常被考慮。

　　而且，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不同則導(dǎo)致其底層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渚S護(hù)設(shè)計(jì)目標(biāo)不同或目標(biāo)優(yōu)先次序不同。因此，本文接下來只介紹拓?fù)渚S護(hù)主要考慮的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　（1）網(wǎng)絡(luò)生命周期

　　網(wǎng)絡(luò)生命周期已經(jīng)以不同方式被定義，如基于節(jié)點(diǎn)數(shù)、基于傳感覆蓋以及網(wǎng)絡(luò)連通以及可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)生命周期。

　　拓?fù)渚S護(hù)是延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期十分有效的技術(shù)，如拓?fù)渚S護(hù)協(xié)議SPAN和CCP 通過關(guān)閉冗余節(jié)點(diǎn)并維持一個(gè)節(jié)點(diǎn)子集處于工作狀態(tài)來提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。然而，最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，它一直是拓?fù)渚S護(hù)研究的主要目標(biāo)。

　?。?）覆蓋和連通

　　覆蓋和連通是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)的基本問題，拓?fù)渚S護(hù)在對(duì)原有的優(yōu)化拓?fù)溥M(jìn)行恢復(fù)、切換或重構(gòu)的過程中，必須保持原有拓?fù)涞母采w或連通。

　　（3）安全和故障容忍

　　拓?fù)渚S護(hù)過程中，一些傳感器節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡、物理損壞或環(huán)境干擾可能會(huì)失靈或發(fā)生故障，而這些傳感器節(jié)點(diǎn)的失效并不影響拓?fù)渚S護(hù)的整體任務(wù)。如文獻(xiàn)［12］中提出一個(gè)故障容忍的自組織方法來維護(hù)一個(gè)覆蓋和連通的骨干網(wǎng)絡(luò)。此外，無線傳感器的實(shí)際應(yīng)用中存在各種類型的惡意行為和攻擊［13］，因此，安全也是拓?fù)渚S護(hù)的一個(gè)重要目標(biāo)。

　　（4）能量效率和收斂時(shí)間

　　與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)其它功能一樣，拓?fù)渚S護(hù)算法必須是能量有效的。也就是說拓?fù)渚S護(hù)算法應(yīng)該具有低的計(jì)算復(fù)雜度和低的報(bào)文開銷。此外，在拓?fù)渚S護(hù)過程中，當(dāng)前的拓?fù)鋵⒈灰粋€(gè)新的拓?fù)淙〈?，因此在新拓?fù)浔患せ钪g有一個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間，該時(shí)間應(yīng)該盡可能小。

　　（5）能量均衡和可擴(kuò)展性

　　拓?fù)渚S護(hù)技術(shù)應(yīng)該盡量在網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)間均衡地分布能量消耗。另外，部署在興趣或目標(biāo)區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)可能成百上千甚至上萬。拓?fù)渚S護(hù)協(xié)議或算法應(yīng)該能在不同數(shù)量級(jí)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。

　　2 拓?fù)渚S護(hù)模型

　　目前，并沒有文獻(xiàn)對(duì)拓?fù)渚S護(hù)模型進(jìn)行描述。為了更好的理解拓?fù)渚S護(hù)的運(yùn)行過程及其特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的拓?fù)渚S護(hù)模型，如圖2 所示。從圖中可見，拓?fù)渚S護(hù)是一個(gè)周期的過程，每個(gè)周期中從網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前拓?fù)溟_始，經(jīng)過拓?fù)渚S護(hù)過程生成一個(gè)優(yōu)化的拓?fù)?，周期運(yùn)行，直到網(wǎng)絡(luò)死亡。

　　從上圖可見，每個(gè)拓?fù)渚S護(hù)周期，經(jīng)由觸發(fā)器和決策器。