无线传感网节能组网关键技术研究

王婷婷

摘 要：在互联网日益深入到人们生活的同时，用户对能随时、随地上网的需要已显得日益迫切。无线局域网以其移动性、灵活性、易用性和扩充性等，不仅迅速成为网络的一个非常重要的组成部分，而且其应用领域也随着人们的生活水平的不断提高在不断地扩大。无线传感器网络作为无线网络的一种，作为无线网络的一种延伸，对未来智能化产业的发展至关重要。进而对无线传感器网络组网关键技术的研究，显然已经成为无线传感器网络组网的重要一环，节能组网更是在此技术中的重中之重。

关键词：无线网络；传感器网络；节能；组网关键技术

伴随着物联网产业的发展，无线传感器网络成为信息科学领域中一个全新的发展发向，同时，无线传感网也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。无线传感器网络是一个自组网的网络系统，这个系统中最重要的组成部分是传感器节点。在无线传感器网络自组网的过程中用网络拓扑技术来制定网络布局的合理性与生存性，而在无线设备的通信过程中用到了路由控制技术，在进行数据处理过程中用到了数据融合技术，对多个节点进行数据传送来说时间同步又是必不可少的。

1 无线传感器网络组网体系结构

当前，传感器技术、通信技术、计算机技术构成了现代信息技术的三大基础，无线传感网将这三种技术结合在一起，实现对信息采集、传输和处理一体化与自动化。无线传感器网络是由一组部署在监测区域内、具有无线通信计算能力的大量廉价微型传感器节点组成，每个传感器节点既相当于路由器又相当于终端的双功能，由此除可以进行一些基本信息采集与处理能力外，还具有对其他节点发送来的数据汇聚和融合的处理能力，而在一些特殊需求方面传感器节点就需要与其他一些传感器节点密切合作才能完成。普通传感器节点被大量分派到任务区域中，每个节点覆盖较小的作用范围，其作用是收集该区域内有用的信息，然后通过多跳路由的方式，把分析处理后的信息发给汇聚节点；汇聚节点把收集到的信息通过汇聚链路传送到网络边界，再通过互联网、通信网络和WLAN等方式，将收集到的数据传送到本次任务的终点即任务管理节点，任务管理节点对收集到的信息进行分析处理，任务控制节点是直接面向用户，而用户是信息的接受着、应用者，由其最终对感知的信息进行分析判断，制定决策，并采取具体的措施。

2 无线传感器网络自组网的关键技术

2.1 网络拓扑技术

因为无线传感器网络具有自组网特性，所以网络拓扑的设计功能优化与否意义重大。实用的网络拓扑结构在使用中应满足：提高网络能量效率、提高网络通信效率、提高路由协议效率、提高数据融合效率、提高网络可扩展性、确保网络可靠性等方面的优势。

简洁的拓扑控制机制不但能够优化网络拓扑结构，而且能够减少能耗进而提高路由协议和MAC协议的效率，减少数据融合难度，从而延长网络的生存周期。通过控制功率和骨干网节点数目，删除节点的无线通信链路冗余，以此得到一个高效、简洁且能够进行数据融合的网络拓扑结构。这样可以从控制网络拓扑节点的有效功率和层次结构这两方面入手，功率控制机制指的是在网络的连通度不受影响的情况下，优减网络中每个节点发射功率，简化节点之间的无线通信链路；层次型拓扑控制可使用一些节点作为簇头节点，簇头节點的形成过程中使用了骨干网络的数据转发机制，其他非骨干网络节点可以屏蔽通信进入休眠状态，从而达到节能目的。

2.2 路由控制技术

优化的无线传感器网络具有节点具有低能量耗、以数据为中心、多对一传输、高数据冗余和应用相关等特征。在网络运行中，有一些如能量、带宽、处理功耗等资源，这些资源都是在不断发生动态变化的，因此系统要根据网络发生动态变化的实际情况对自身的功能进行相关的调整，因为对于随时变换的网络拓扑结构来说，要维持路由表的正常运行需要耗费大量的能量、时间、金钱等，所以对无线传感器网络而言拥有适合自己网络拓扑的路由控制协议是非常必要的。

路由协议的作用是在进行数据转发时，路由源节点利用网络的转发功能将数据转发到目的节点。在数据转发方面主要有两个方面的考虑：其一是寻找源节点与目的节点间最适合路径进行数据转发方式。此类网络路由协议的任务是寻找源节点到目的节点间最小通信路径，同时提高网络的利用率以达到减免拥塞的作用，但对传感器网络的能量消耗这一方面没有考虑到。其二是无线传感器网络中能耗问题，传感节点的能量有限，在这种情况下若没有及时补充能量将影响网络的整体连通性，所以路由协议的设计需要做到高效利用能量。

2.3 数据融合技术

对大多数自组网的无线传感器网络而言，在其实际应用中需要高密度地部署大量传感器节点。由于传感器节点的能量源有限，在传感器网络中，基层的传感器节点只负责一些简单数据采集和传输，而对于高一级的传感器汇聚节点来说，不仅涉及数据采集，还要负责对大量的基层节点采集来的数据进行分类汇总。在此过程中信息汇总是对大量信息融合过程。在传感器网络中当节点的部署密度很大时，传感器收集到的数据会存在冗余重复，即多个相邻的传感器节点采集到相同的息。为了节省传感器节点的能量，有必要去除掉这些重复的信息，来减少数据传输。在具有成千上万的传感器节点的网络中，数据融合能够很好的去除这些多余的信息，使得传递信息量变小。从而进行差错处理，进而保留有用的信息成分，最终实现信息的优减。由于传感器节点在数据传送中存在易失效性和能量有限性，所以巧妙利用传感器网络的数据融合技术进行多数据的综合处理，这对提高信息传送的准确度和节省能量是非常重要的。数据融合的关键在于，如何保证数据关联性，还有数据转换能力，及数据进行逻辑推理和连接关联数据库等。