無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層優(yōu)化與控制
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )綜合了傳感器、嵌入式計算、現代網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)通信、分布式信息處理等技術(shù),能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的微型傳感器相互協(xié)作,實(shí)時(shí)監測、感知和采集各種環(huán)境或監測對象的信息,通過(guò)嵌入式系統對信息進(jìn)行處理,并通過(guò)隨機自組織無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶(hù)終端,從而真正實(shí)現“無(wú)處不在的計算”,可以廣泛地應用于軍事、環(huán)境科學(xué)、交通監控、智能建筑等領(lǐng)域,具有很大的科學(xué)意義和應用價(jià)值。下面小編為大家帶來(lái)了關(guān)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層優(yōu)化與控制的論文，歡迎大家借鑒!
摘 要：當前，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層優(yōu)化與控制的理論成為了一個(gè)研究的熱點(diǎn)。相比傳統的網(wǎng)絡(luò )設計所采用的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計的思路，現在的網(wǎng)絡(luò )設計大多都是利用因特網(wǎng)的設計思路來(lái)設計為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的。然后，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳感器受到能量限制的特點(diǎn)，使得傳統的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計的思想遭到了嚴峻的挑戰。文章主要介紹了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的跨層優(yōu)化的原理及其主要設計技術(shù)，最后詳細的闡述了現在的網(wǎng)絡(luò )跨層設計中面臨的技術(shù)問(wèn)題和挑戰。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器;網(wǎng)絡(luò )跨層設計;優(yōu)化
前言
目前，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )還主要應用在軍事和醫療等領(lǐng)域，當然，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )有許多其他的用途。然而，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )也存在著(zhù)一些問(wèn)題急需要解決，其主要包括成本高、功能性不強和網(wǎng)絡(luò )生命周期短等問(wèn)題，要想實(shí)現復雜的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是非常困難的。因此，要解決無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在使用存在的不足，研究無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層優(yōu)化和控制顯得十分重要，也是目前迫在眉睫、亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。
1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層設計背景
1.1 分層設計方法
當前，我們所使用的通信系統主要是基于開(kāi)放的標準分層模型，因而，將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議分為物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層五個(gè)層次。分層結構模型的特點(diǎn)主要是每層能夠獨立地進(jìn)行設計和操作，通信只在相鄰位置的層間進(jìn)行，并會(huì )受到一組服務(wù)的限制。分層結構還具有非最優(yōu)性和非靈活性的特點(diǎn)。非最優(yōu)性，顧名思義是指各層之間的信息布恩互享，分層結構的分層接口對于個(gè)體網(wǎng)絡(luò )約束和應用是靜態(tài)的并且是獨立的。而非靈活是指每一個(gè)新使用的開(kāi)發(fā)者一定要單獨作用在低層。盡管現在應該采取了許多新技術(shù)有效地改善了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )性能，但是，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的物理層仍然無(wú)法向上層協(xié)議提供穩定的寬帶，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的這一缺點(diǎn)一直沒(méi)有得到很好的解決，因此，上層協(xié)議層必然地要受到物理層的影響，為了改善無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的性能，就一定要求上層協(xié)議能與物理層進(jìn)行信息交互，以能夠滿(mǎn)足物理層的特性變化為目的。所以，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計的想法就產(chǎn)生了。
1.2 跨層設計方法
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計是基于特定的分層結構而言的，主要是針對不符合分層通信結構的協(xié)議而設計�？鐚釉O計的主要目標是聯(lián)合不同區域的資源來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )的構建，使得每層的信息可以互享，從而提高網(wǎng)絡(luò )的使用效率和穩定性。對于大多數網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，設計的主要目的是為了傳輸信息。然而，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )由于其擁有獲取多種信息信號的綜合能力，并且能夠通過(guò)其與傳感控制器的聯(lián)接，組成的傳感器網(wǎng)絡(luò )具有信息的綜合和處理的能力。當然，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )也有著(zhù)其自身的限制，尤其是很多的應用都對網(wǎng)絡(luò )的設計提出了全新的挑戰。自適應是指協(xié)議層對網(wǎng)絡(luò )的條件進(jìn)行觀(guān)察并做出相應的反應的一種機制。自適應不僅包括了協(xié)議層的上層對下層變化的自適應，也包括了下層對上層的變化的自適應。在整體上，通信系統則要充分的考慮協(xié)議層各層之間的相互影響，促進(jìn)最優(yōu)性能的實(shí)現和保證網(wǎng)絡(luò )系統性能的穩定性。
2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層設計的主要技術(shù)
2.1 基于能效管理的跨層設計技術(shù)
基于能效管理的跨層無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )設計是指針對傳感器的節能和抗干擾性等性能的具體要求進(jìn)行設計的，結合對節能和抗干擾性等關(guān)鍵指標的具體要求，借助現代網(wǎng)絡(luò )和信息處理等領(lǐng)域的一種先進(jìn)技術(shù)�，F在已經(jīng)有了一些基于能效管理的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化設計的階段性研究成果。這些成果的核心是利用MAC層與網(wǎng)絡(luò )層之間跨層信息的互享進(jìn)而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的性能得到改善。因此，進(jìn)一步研究基于能效的跨層無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的設計具有很大的前景和研究必要。
2.2 基于最優(yōu)代理的跨層設計技術(shù)
基于最優(yōu)代理的跨層設計技術(shù)是指利用最優(yōu)代理所能提供不同協(xié)議層之間的信息交換，進(jìn)而達到改善無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的性能的目的�，F在已經(jīng)研究出的一種基于最優(yōu)代理的跨層設計技術(shù)的協(xié)議體現構架，并且通過(guò)最優(yōu)代理很好地改善了網(wǎng)絡(luò )系統的性能。通過(guò)自上而下的應用要求，最優(yōu)代理能將信息反饋給底層網(wǎng)絡(luò )。用戶(hù)可以利用最優(yōu)代理可以與網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議層進(jìn)行信息共享和交換。
2.3 基于質(zhì)量服務(wù)保障的跨層設計技術(shù)
服務(wù)質(zhì)量(QOS)是指網(wǎng)絡(luò )提供更高優(yōu)先服務(wù)的一種能力，包括專(zhuān)用帶寬、抖動(dòng)控制和延遲、丟包率的改進(jìn)和不同WAN、LAN 和 MAN 技術(shù)下的指定網(wǎng)絡(luò )流量等，同時(shí)，確保為每種流量提供的優(yōu)先權不會(huì )阻礙其它流量的進(jìn)程�；谫|(zhì)量服務(wù)保障的跨層設計技術(shù)的核心很顯然就是要保證網(wǎng)絡(luò )的穩定性和應用性能，以達到為用戶(hù)提供較高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的目的。無(wú)線(xiàn)傳感器的節點(diǎn)是通過(guò)匯聚節點(diǎn)和基站將采集的信號遠程的用戶(hù)，或者是將遠程的信號傳送到控制感應器。必須保證在傳輸信息的過(guò)程中保證每個(gè)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )需求。
3 當前跨層設計技術(shù)面臨的挑戰
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層設計是一種新型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計技術(shù)，其具有很多限制和應用一些相關(guān)的問(wèn)題，現在面臨的最大挑戰是對于在何種情況下采用跨層設計技術(shù)，以及怎樣實(shí)現跨層設計。主要的挑戰包括以下幾個(gè)方面，第一，全網(wǎng)絡(luò )的設計和優(yōu)化是一項非常復雜的工作。尤其是在實(shí)現實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的過(guò)程中，面臨的優(yōu)化問(wèn)題更加的復雜。因此，一種更高效的網(wǎng)絡(luò )層間的信息調度對于網(wǎng)絡(luò )跨層設計就顯得相當的重要。第二，在優(yōu)化的過(guò)程中，使用的衡量標準又是其一個(gè)無(wú)法避免的關(guān)鍵性問(wèn)題。尤其是在業(yè)務(wù)多元化和需求多元化的情況下，衡量標準的定義具有非常重大的意義。第三，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現比較的困難，主要是由誰(shuí)來(lái)控制跨層功能這個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題還沒(méi)有得到很好的解決。因此，當前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )跨層設計技術(shù)面臨著(zhù)各種的挑戰，尤其是在實(shí)現更加高端的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程中面臨的挑戰更加的大。當然，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )跨層所面臨的問(wèn)題將會(huì )被相關(guān)技術(shù)人員一一的解決，并且可以預測無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )跨層在我國將會(huì )擁有很好的使用前景。
4 結束語(yǔ)
近年來(lái)，針對上述問(wèn)題我們提出了多種跨層設計方案。并根據不同的優(yōu)化目的將其主要分為以下四類(lèi)，第一，減少功能消耗。即在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中如何利用跨層設計的優(yōu)點(diǎn)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )功效的可能性和必要性。第二，提高系統吐納量。即主要是為了解決無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的規模問(wèn)題。第三，實(shí)現質(zhì)量服務(wù)要求。即滿(mǎn)足不同用戶(hù)不同的網(wǎng)絡(luò )需求。第四，獲得較高的資源利用率。即通過(guò)各層之間信息的互享來(lái)提高系統的性能�？偠灾�，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的進(jìn)一步普及，以及當前對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用特點(diǎn)的深入研究，跨層設計技術(shù)還會(huì )包含其他領(lǐng)域的新型技術(shù)，從而出現的更加復雜和形式多樣的特點(diǎn)跟需要我們做進(jìn)一步的研究。
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