无线传感器网络中基于双网的通讯链路管理技术

□ 王 鹤

无线传感器网络已应用到环境、交通、医疗等各个领域，它是一种包括微系统技术、传感技术、无线通信和数字电路的先进技术。由于无线传感器网络中要求实时性保持第一位，这样无线传感器的稳定性就会受到干扰。如何保证实时性和稳定性平衡发展，共同优化，本文就此问题进行深入探讨。

一、无线传感器网络

无线传感器网络是指传感器中的节点大量移动或静止，以构成多路的无线网络，并将传感器、观察者和感知对象联结起来，以实现无线传感功能。

(一)无线传感器的特点。其特点表现在:一是无线传感器中各个节点的生命期较长，而能量的维持需要电池，如何保证能量的持续使用是传感器网络的一个重要前提。资源是有限的，而且无线传感器网络中的路由算法协议的复杂性，对能量的消耗产生极大影响。不仅如此，无线传感器的各个节点都有一定量的储存和计算能力，这就要求不断精简算法协议;二是无线传感器的各个节点具有很强的灵活性，通过各类信息协议和模式，可自发组织成网络。一是各节点的通讯距离受限，所以远距离的节点必须以传递的方式交流信息，通过中间的节点进行路由，是一个多跳的无线传感网络;二是由于网络中的传感器和观察者、感知对象三者都是可变的，所以无线传感器网络具有动态性。除此之外，旧节点的无作用与新节点的加入都会改变网络的结构，这就要求无线传感器网络具有很强的适应性，能够灵活适应这些变化;三是通常情况下，大量的节点处于传感器中可以获取更加准确的信息，在一个无线网络的传感器中，节点的数量是不可估计的。因此无线传感器网络具有大规模性，主要表现在两个方面:一是高密度分布，二是低密度分布。

(二)无线传感器网络中的关键技术。具体技术包含:一是实现多跳的传输网路，连接各个节点，是网络协议的主要功能。路由协议能够有效控制通信过程，同时对传感器节点的工作方式有很大的作用。二是若要提高路由协议或提升链路层的工作效率，离不开网络拓扑结构。它能够促进传感器网络的平衡性，为进一步的定位、同步和融合打下基础。三是无线传感器网络在运行过程中易出现数据冗杂现象，数据融合技术能够很好地解决这一问题，提高信息的正确率，减少网络流量的使用，合理有效地对相关数据进行处理。四是时间同步是实现各个节点共同工作的重要技术。五是在无线传感器中工作的各个节点，能够准确定位自己的位置，是节点定位技术。该技术能够有组织、有效率地完成分布式计算，大大提高实时性。

二、双网技术

双网技术是无线传感网络中的一种新型网络划分技术。由于目前的无线传感器通讯网络不能按照各类需求分划网络，致使信息冗杂现象非常严重。但在双网技术中，有效利用时间和能量最小化的优势，很好地将时间和能量进行平衡调节。

(一)双网技术的提出。为了解决无线传感器网络中能量消耗的问题，根据adhoc网络中SMECN、MECN的设计，能够实现无线传感器网络的能量最小化，与此同时还要保证在无线传感器网络中数据传输的实时性。根据这一理论基础，双网技术模式被提出。这一模式要在满足网络传输即时性的前提下实现能源的节制，该模式有效对无线传感器网络进行划分，包括能量有效的通讯子网和时间有效的通讯子网。这两个针对节省能量和节省时间的设计，很好地解决了时间和能量之间的平衡问题。

(二)网络假设。为了对无线传感器网络有一个更加透彻的了解，本文作出一些假设:一是在无线传感器网络中假设所有节点相对静止，并具有良好的稳定性，无线传感器网络也具有强健性。二是假设在传感器的感知区域中每一个节点都有广泛的分布范围，并且随机分布，各个无线传感器之间拥有良好的连通性。三是假设存在于网络传感器网络中的每一个节点都明确知道自己所在的位置坐标，以及相邻节点的信息。四是假设无线传感器网络中的每一个节点都要具有稳定性，能够灵活根据通讯距离调节自身，并满足标准的能量模式。

(三)构建双网。本文中提到的设计原理可以构建一个delaunay三角网式的双网模式。这一模式是一种普遍的网络划分方法，它具有三个性质:空外接圆特性，最小角最大以及唯一性。依据三角网的特性运用EECN方法所构建的三角网结构，能够构建出具有最小能量的双网。若无线传感器网络中的节点分布较为均匀，且构建的网络形状和正三角形相似，节点之间的跳数变少，就可以实现能量的最小化。双网构建的基础是将无线传感器网络中的通讯链路按照特有的属性进行划分，有一种Delaunay三角网通讯链路分组方式。运用这种方式时只需局部信息便可以进行搜集整理，而且能够有效分辨各通讯链路的信息。在无线传感器网络中，运用Delaunay三角网通讯链路的分组方法，能够提高效率，节省能量和时间。无线传感器网络中有着数以万计的节点，为了更好地实现分组，疏通通讯链路的情况，可将分组阶段分为四个:第一，链路信息的创建阶段;第二，通讯三角形自身的检验阶段;第三，通讯三角形网络的验证阶段;第四，确定能量有效通讯三角形阶段。

三、双网中的通讯链路管理技术

一个良好的通讯网络能够实现最小能量和最短时间的平衡。EECN和TECN在逻辑上属于两个子网，但在现实中这种划分是不存在的。触发式通讯链路管理能够很好地对基于双网的通讯链路进行分析。要保证双网时间和能量的最小化，需要采取构建最小跳数的方法。在本文的研究中，通过对无线传感器网络在逻辑上的划分，成为EECN和TECN两个子网，实现无线传感器网络中的每个节点都可以自主地存在于某一个网络中。每个节点在网络中存在的路由方式是不同的，因此选择省时和省能的路由方式能够更灵活地适应网络结构的新变化。

无论是TECN网络还是EECN网络，在构建的过程中都能够运用多种构建方式，并通过构建不同的路由方式以达到最短跳数。在EECN网络中，若选择最短跳数构建网络，就应选择较短距离的通讯链路，这样不仅能够节省网络时间，而且可以有效节约能源，避免能源资源的浪费。通过对比，TECN通信网络明显比EECN通信网络更具有优势，TECN通讯网络及其路由链路无论是在节时还是节能上，都得到明显的效果。

四、结语

无论是在环境、医疗、军事还是日常生活中，无线传感器网络已经被广泛应用。运用范围的广度决定了无线传感器网络必须同时具备实时性和稳定性，以保证安全或避免出现不必要的失误。除此之外，能量问题始终是亟需解决的问题，不仅要节省能量消耗，而且要找到新的能源供给方式以提升网路的生命期限。本文所提出的能量和时间的最小化，就是无线传感器网络中基于双网的通讯链路的管理，很好地解决实时性和稳定性之间的问题，使路由计算协议也得以简化，使无线传感器网络得到更广泛的应用。

［1］秦绍华.无线传感器网络多信道通信技术的研究［D］.山东大学，2014

［2］张希伟，戴海鹏，徐力杰，陈贵海.无线传感器网络中移动协助的数据收集策略［J］.软件学报，2013

［3］谢晓敏，卜海燕，张文菊.基于无线传感器网络能耗系统的研究［J］.现代电子技术，2015

［4］袁飞，詹宜巨，王永华.无线传感器网络中数据密度相关度融合算法［J］.控制理论与应用，2015