網絡通信論文：傳感器網絡技術的建構與運用范文

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作者：李亞偉單位：中國電子科技集團公司第27研究所

帶有執行器節點的無線傳感器網絡在功能實現中與普通網絡不通，傳感器節點檢測指定事件后，事件消息將直接發送到最近的執行器節點，執行器節點會進行自我分析與決策，并以此為基礎判斷是否工作，并將事件消息發送到中心節點作為記錄。

通過上面的分析，可見待執行器的無線傳感器網絡與普通無線傳感器網絡相比，既有優勢也有缺點。優勢為系統具有突出的實時性。因為系統在完成工作時直接利用執行器節點對無線傳感器網絡的數據進行分析與決策，事件消息無需傳遞至中心節點，只需臨近執行器節點就可完成動作；其次可以幫助傳感器節點降低能耗，因為信息傳遞的跳數相比普通的無線傳感器網絡大幅降低，其節點數據的通信能量消耗也就隨之降低；第三傳感器網絡流量相對小，減少了通信網絡的資源沖突。信息傳遞主要集中在執行器節點周圍，因此不同的事件所引發信息交叉傳遞的沖突減少；最后，減少了中心節點的運行負擔，中心節點主要負責信息的記錄與網絡性能的調整，不需要針對單個事件處理各種數據并作出決策。

帶執行器節點網絡的結構和應用

從本質上看執行器網絡就是帶有執行器的無線傳感器網絡，傳感器負責從環境獲得信息，而執行器節點負責對環境加以改變。傳感器和執行器節點之間以無線鏈路的模式連接。

傳感器節點感知和報告環境信息而執行器節點負責對信息進行處理并行動，作用于環境。待執行器節點的無線傳感器網絡的結構因為信息傳遞的模式而存在差異，研究的方向也不盡相同。下面以星形拓撲為例進行分析，在研究中帶執行器節點的無線傳感器網絡構成一個星形拓撲，其BS充當網絡控制器和與上層網絡連接的網關。BS包括了有線總線和無線接口。其MAC層利用時分多址技術。每個傳感器集成到執行器中，形成一個傳感器+執行器的模塊化結構。這些模塊可以進行單跳無線通信到達BS。利用傳感器和執行器之間的時隙和頻隙差異，可以避免傳感器和執行器之間的信息沖突。在WSAN的應用中，必須保證實時通信和已經定義的時序行為，所以星形拓撲結構是一種按照實時性的有效結構方案。

在應用方面，WSAN的應用較為廣泛，如在畜牧業農場控制公牛的攻擊行為，即在公牛的繁殖期限內，公牛的攻擊性較強會帶來對自身的傷害。在飼養過程中可以利用帶執行器的無線傳感器網絡對此行為進行控制，方法就是在公牛的項圈上安裝傳感器和執行器，以此檢測公牛的行為模式。硬件平臺作為中心控制系統，集成大量的傳感器和執行器，其利用處理器和閃存構成。無線電收發設備和硬件平臺作為執行器的集成刺激面板，安裝在項圈內的特殊設計可以在執行器的激發下工作。集成傳感器可以根據位置和速度采集公牛的運動形態，如果公牛出現類似攻擊的行為，則執行器接收指令對公牛進行刺激，抑制其攻擊。

帶執行器無線傳感網絡的協議設計

1通信協議的設計

為了在網絡中充分利用執行器的計算和通信能力，帶執行器節點的無線傳感器網絡的通信協議往往要復雜于普通的無線傳感器網絡。其除了包括傳感器之間的通信協議外還需要具備執行器與傳感器之間的協議，以及執行器節點之間的協議內容共同組成。下面就這三個不同的協議內容進行分析：

（1）傳感器節點的之間的通信協議。在某個特殊環境下，傳感器節點的信號都是以單跳的模式向周圍的執行器節點傳遞，這種結構對于待執行器節點的無線傳感器網絡而言較為常見，對于需要傳感器之間進行通信的系統而言，可以使用普通傳感器網絡中的協議完成通信，在模擬環境中，傳感器節點可以直接將信息傳遞給執行器節點，而不需要傳感器節點間的通信協議來支持；

（2）執行器節點與傳感器節點的協議。在執行器決策算法的支持下，這個協議僅僅需要在傳感器檢測到事件發生的時候，將事件消息和自身標示傳遞給最近執行器即可實現功能。這樣的設計思路可以提高通信消息中有效消息的占比，從而提高節能效果；

（3）執行器之間的協議。執行器之間的協議通常是為了協調發生的邊緣事件，這種事件的出現主要集中在多個執行器都可以實現動作的情況下，如果在特定的地點和時間內，執行器節點出現競爭，則協議負責對其進行協調，確定一個執行器完成動作。某個執行器節點發出請求后，其他競爭節點同意后這個執行器才能完成動作。

2執行器的決策計算方法

在執行器中的決策算法是為了讓執行器可以靈活地根據接收到的信息來分析和判斷自身所采取的動作，如果三個以上的傳感器對某一個執行器節點發出請求則需要直判定動作，如果兩傳感器對其發出動作請求則需要利用上訴的執行器之間的協議來協調與其他執行器節點動作請求。