无线传感网络中的跨层传输优化策略探析

赵立新

摘要：无限传感器在当今环境和军事监测上有很重要的作用，但是针对当下我国无线传感网络利用率不高的实际情况，文章主要以此为切入点，提出相应的跨层传输优化策略，旨在提高传输效率，促进信息网络的整体平衡发展。

关键词：无线传感器；跨层传输；优化策略

近年来，无限传感器为了不断地适应服务质量的一系列新的要求，开始采用跨层传输的设计思想。跨层传输思想的融入使得传统的各个独立层面的界限开始变得模糊起来，各个子层的网络信息互相交流的参数通过共享，不断优化网络中的整体传输性能。虽然跨层优化对各子层之间的联系起到了一定的作用，但是随着跨层优化的深入，其结构和规律也在不断消失，从而使网络动态不断优化的发展情况下，无线传感网络中的整体优化设计问题也在不断复杂化。因此，本文基于无限传感网络中跨层优化出现的问题提出相应的应用需求，进而不断优化网络改进，以此来稳定网络的传输适应性。

1 无线传感网络的概述

无线传感网络是指由分布和合理部署在区域的传感器组合而成的，通过对无线通信技术的利用，对监测区域感知到的对象进行信息的感知、采集和处理，并将这些信息进行综合整理分析后传送给网络运营的所有者。其主要特征有以下几点。

1.1 规模大

由于在监测区域部署的传感器众多，需要获取的网络信息量大，例如在发达城市区域采用传感器网络进行地震监测和环境监测时，需要大量的传感器节点做支撑；另一方面，传感器节点在城市区域的布局很是密集，如此一来，也就是说在面积较小的空间，紧密部署的大量传感器节点而获取的数据只能通过传感器自行分析。这是因为传感器节点通过不同空间和角度而获得的信息具有更大的信价比；能够对监测到的数据进行整理和分析，同时又保证了精确度；但是由于存在的传感器节点众多，容易导致系统数据出错，并形成盲区，不利于数据传输。

1.2 动态形式多样

当受到环境或者是低点消耗的影响，传感器节点极有可能出现故障或者是失效；不同的环境变化对无线传感通信的变化也有一定的影响，时而出现断路，时而通畅。另外，传感器节点监视的对象和观察者都有可能变化，因此传感器网络必须不断适应各种变化，以此来保证动态系统的稳定性。

1.3 以数据为核心，可靠性强

无线传感网络的跨层传输和分层传输都是以计算机网络系统为基础的。在互联网中发展无线传感网络，必须统一用专属的IP地址标识，基于IP为中心，也就是以地址为中心。

2 跨层优化思想的概述

通过不同层次之间的信息交互进行系统性的整体优化是跨层优化的核心思想，使网络能够不断符合各个业务的要求，从而让相邻的层次之间的信息能够有效地交互。其中传统分层的设计各层之间相互独立、结构之间上下分开，具备较高的灵活性和易维护的特点[1]。但是在分层功能当中，很有可能出现不同层次重复的现象，对于只需要经过5层的过程，却经过了若干层，既浪费了资源，又增加了成本。而跨层优化的思想打破了传统常规，从整体出发，利用跨层设计技术，将原来纷繁复杂的多层或者是若干层只需要利用5层就可以完成操作，实时交互各个层次的信息，确保系统各个具体的需求进而自适应调整，有针对性地设计所需要的层，各子层对主层或者是其他子层的变化作出相应的反应，并作出合理的策略和响应，如图1所示。

3 无线传输网络中跨层传输优化的必然性

无线传感器网络中各个层次的性能并不是相互独立的，如果将单个层的性能优化成方案的终极解决方案，不受应用限制，则不利于合理利用网络资源。因此，加强对无线传输网络中跨层传输的优化，对整个网络中的信息流通和资源利用具有十分重要的意义。

以数据为中心的无线传感网络，利用感知收集和传输数据是其主要目标之一。不同的应用背景对无线传感网络的应用要求也不相同，具体到点和层上的传感网络应用只有更加高效简洁才能达到最优化的目的。

（2）无线传感器网络应用复杂，变化多样，而传统的分层结构各个层相互制约和分离，其中包括物理层、链路层以及网络层等等，无法充分利用各个层和点的资源实现高效网络运营，因此必须不断引入跨层传输优化的思想[2]。

（3）整个无线传感网络的安全与各层的安全息息相关，是由各个层的安全总体决定的。因此，要想维护总体的安全，不能将所有的层都规范整理到一起，也不能将认为所有的层次都能达到最佳效果，这在一定程度上是不可能达到的。要想各个突破，组合并优化各个设计层，在层与层之间尽可能地预留安全衔接口，实现无线传感网络的整体安全。

4 无线传感网络的跨层传输优化策略研究

运用在无线传感网络中的跨层传輸优化主要包括问题分析和问题分解，以及数学建模。通过对理论和算法的优化确立是对问题分析和求解的优化；充分利用数学工具对各网络建模是数学建模。物理层主要对接收方发送的数据进行接收并识别；数据链路层主要是利用自动请求机制、纠错编码机制等适当的调整和发送数据功率；向其他层无时无刻的而提供信息服务的是传输层，主要是面向通信最高层；网络层主要是最大化地提供数据而不是服务质量[3]。各个不同的层对应的交互信息和接口不相同，因此其优化目标不同。

4.1 应用层的优化目标

4.2 传输层的优化目标

传输层是整个运输过程中至关重要的一层，总体负责数据的传输和控制。在整个无线传感网络中处于核心地位，既是数据传输的最高层，又是面向其他层的中间层。因此，传输层在为无线传感网络提供服务的过程当中，应该将传输地址提供给高层用户的信息端口，使得高层资源得以共享和互通，从而使得传输层的管道运输更加优化，对流量控制和差错控制实现端到端的统一连接，提高传输效率和工作机制[7]。

4.3 网络层的优化目标

网络层主要是靠数据链路层的相邻端点之间的数据传送到功能至上，对无线传感网络的通信数据进行进一步管理，通过专门的管道将数据设计传送到不同个节点上，它的主要内容包括路由选择算法、综合业务法等。

4.4 物理层和数据链路层的优化目标

物理层和数据链路层是传输数据当中最常见的，将这两者结合一起进行联合优化，一直对外形成一个不可攻破的“超级层”，不断在不同的层间增加合理的新接口，对物理层和数据链路层实施联合的推动优化，一方面可以大大省去两层间的设置参数，另一方面仍然保持这物理层和数据链路层的独立，有利于跨层传输的实现和维护。

5 结语

基于传统分层传输的方法不能根据网络各层的状态变化而达到自适应的目的，本文提出采用跨层思想对传输进行优化，通过在各个网络阶层中交互信息与传输，建立健全信息交流机制，并在充分利用计算机自律的条件下，根据网络的实时情况做出调节，有利于实现无限传感网络中的具体优化和传输优化，对于提升网络性能和优化资源具有十分重要的意义。

[参考文献]

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