线型无线传感网低能耗协议设计和分析

段世红，王 沁，万亚东，于彦伟

(北京科技大学计算机与通信工程学院，北京100083)

石油、天然气管道由于铺设在地表以下，极易被腐蚀;阴极保护方式利用电化学原理限制被保护单元和介质之间的阳极反应，降低管道的腐蚀速率.目前阴极保护的电位信息是通过埋地测试桩进行测量的，无法实现采集远传和实时监控，因此一旦地下管道的阴极保护系统出现问题，往往不能及时发现和处理.

目前无线传感网络技术已开始应用于管道监控，如水下管道［1］，埋地的石油、天然气管道［2-3］等，但这些应用大多只是建立了实现管道监测系统硬件平台并进行了架构设计，并没有针对线型无线传感网的特征进行协议的分析和优化，离实用有一定的距离.文献［4-5］分析了线型网络技术，如节点部署、数据融合等，以及用于传输可靠性的网络分层架构，但是没有考虑到能量受限的问题，未提出网络低能耗策略.用于工业监控的无线传感网络标准中通常采用了超帧［6］方式组织网络设备间的通信，但该方式在以多跳模式工作的线型网络中无法有效工作.

文中拟首先分析管道阴极保护辅助监控系统的功能和性能需求，以及线型无线传感网的设计特征;然后建立低能耗的辅助监控系统，包括硬件节点的实现和协议组设计;并基于节点的能耗模型，通过仿真平台比较协议关键参数对低能耗策略的影响效果;最后定量分析监控系统实际部署后的应……