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(gè)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(diǎn)配置方式的不同，覆蓋問題分為確定性覆蓋、隨機(jī)覆蓋兩大類。如果WSN的狀態(tài)相對(duì)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)一共有三種狀態(tài)，分別為休眠、活動(dòng)和監(jiān)聽。監(jiān)聽狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)采集鄰居節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)直接傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點(diǎn)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(cuò)能力差。因而，設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)計(jì)靜態(tài)參數(shù)狀態(tài)。R．O．Saber等人提出了一種動(dòng)態(tài)分布一致估計(jì)方法，該方法將集中卡爾曼濾波分解為n個(gè)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(jì)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(jī)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(jī)制和協(xié)議，需要在通信節(jié)點(diǎn)對(duì)之間設(shè)立共享密鑰。鄰居節(jié)點(diǎn)不確定，以及網(wǎng)絡(luò)中任何一對(duì)節(jié)點(diǎn)有唯一的密鑰需要足夠的存儲(chǔ)資源，因而是不合適的。
Basagni等人提出全局共享密鑰。該方法對(duì)存儲(chǔ)需求小，無需建立附加的密鑰，故無需節(jié)點(diǎn)問通信，是一種節(jié)能方法。然而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)遭受攻擊時(shí)，整個(gè)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(diǎn)完成。這類節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)多個(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(diǎn)和適用的環(huán)境，也存在一些不足。而隨著工藝、計(jì)算機(jī)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(gè)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(diǎn)研究問題。針對(duì)不同應(yīng)用的能效節(jié)點(diǎn)自定位算法、優(yōu)化覆蓋算法、時(shí)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(shí)間同步。時(shí)間同步可以減少事件碰撞、能量浪費(fèi)和統(tǒng)一更新?，F(xiàn)有的時(shí)間同步方案致力于同步網(wǎng)絡(luò)中的局部節(jié)點(diǎn)時(shí)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(shí)間的不確定性誤差，提高精度。
③WSN中布置了大量的節(jié)點(diǎn)，隨著時(shí)間發(fā)展會(huì)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?；谑录膲嚎s、融合、聚合方案和連續(xù)時(shí)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(shí)應(yīng)對(duì)入侵者的攻擊?，F(xiàn)有的許多安全協(xié)議多數(shù)是針對(duì)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(gè)值得研究的問題。跨層的安全檢測是網(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(xiàng)關(guān)鍵需求。由于能消耗盡、節(jié)點(diǎn)故障、通信故障等原因，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常常會(huì)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(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模增加或是隨著時(shí)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(jì)不能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)最優(yōu)。將MAC與路由相結(jié)合進(jìn)行跨層設(shè)計(jì)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(jì)、時(shí)間同步和節(jié)點(diǎn)定位方面也可以結(jié)合實(shí)際，跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/156159.htm
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