无线传感器网络发展现状研究

作者：时间：2011-06-20来源：网络收藏

2．3 覆盖
覆盖控制作为WSN中的一个基本问题，反映了网络所能提供的感知质量，从而优化WSN空间资源得到优化分配，进而更好地完成环境感知、信息获取和有效传输的任务。按照WSN节点配置方式的不同，覆盖问题分为确定性覆盖、随机覆盖两大类。如果WSN的状态相对固定或是WSN环境已知，就可以根据预先配置的节点位置确定网络拓扑情况或增加关键区域的传感器节点密度，这种情况被称为确定性覆盖问题。
X．Wang等人提出了一种分布式网络配置协议(CCP)。该协议规定网络中的节点一共有三种状态，分别为休眠、活动和监听。监听状态时，节点采集邻居节点的状态信息，执行K覆盖算法。K覆盖算法确定该节点处于何种工作状态，还可以事先指定的任意的覆盖度。G．Veltri等人提出最小最大暴露路径算法。最小暴露路径可以看成是传感器网络覆盖的最差情况，文中给出单传感器情况下闭合形式解。此解可以看作是快速的近似计算的基础。最大暴露路径算法可以看成是网络的最佳覆盖情况，并证明了最大暴露路径问题是NP难问题，还给出了几种近似解算法。Megerian等人提出了最坏最佳覆盖算法。首先定义了最大支撑路径(maximal support path)和最大突破路径。分别使得路径上的点到周围最近传感器的最小距离最大化以及最大距离最小化。通过Voronoi图和Delaunay三角形查找最大突破和支撑路径。根据两个极限情况，得到临界的网络路径结果完成网络节点的配置。
2．4 数据融合
大多数无线WSN应用都是由大量传感器节点构成的，共同完成信息收集、目标监视和感知环境的任务。在信息采集过程中，各个节点直接传输数据到汇聚节点的方法显然是不合适的。通过数据融合技术，将多份数据或信息进行处理，能够组合出更高效、更符合用户需求的数据。
数据融合中，集中式融合方法容易带来网络拥塞，带宽受限，容错能力差。因而，设计合理有效的分布式的滤波算法已成为当前无线传感网络研究的热点问题之一。最早提出的全分散卡尔曼滤波器证明分散融合结果与集中融合结果相同，但是要求所有节点之间都有通信。Xi-ao等人在传感器网络提出了分布式一致滤波方法，采用加权最小二乘近似估实现计静态参数状态。R．O．Saber等人提出了一种动态分布一致估计方法，该方法将集中卡尔曼滤波分解为n个微卡尔曼滤波器。文中证明的滤波结果与集中滤波的结果相同。参考文献中提出的一致滤波器直接作用于状态空间变量的估计值，因而又称为卡尔曼一致性滤波器(KCF)。
2．5 网络安全
缺乏有效的安全机制已经成为应用的主要障碍。加密是网络安全技术中最基本的方法。为了建立传感器网络的安全机制和协议，需要在通信节点对之间设立共享密钥。邻居节点不确定，以及网络中任何一对节点有唯一的密钥需要足够的存储资源，因而是不合适的。
Basagni等人提出全局共享密钥。该方法对存储需求小，无需建立附加的密钥，故无需节点问通信，是一种节能方法。然而当网络中某个节点遭受攻击时，整个网络都有可能遭到破坏。Tassos等人提出分簇密钥管理，簇内成员共享相同的密钥，簇间通信则通过位于簇交界处的节点完成。这类节点中存储多个密钥并完成密钥转换，保证全网的安全通信。A．Wacker等人提出了分散化密钥交换协议，即使攻击者已入侵网络中的一些节点仍能保证密钥的安全。该协议在S连通图中寻找S节点不相交路径发送共享密钥，并在路径中建立链接，并将共享密钥加密。一旦密钥共享建立，如果不能访问所有的共享密钥，入侵者也无法恢复数据。

3 总结与展望
与其他网络不同，WSN可以广泛地应用在民用、环境监测及工业等不同的领域。WSN针对不同的应用有不同假设和需求。当前已经提出一系列协议，它们有各自的优点和适用的环境，也存在一些不足。而随着工艺、计算机及其网络技术的发展，WSN必将得到越来越广泛的应用，迫切需要高效的支撑技术算法和协议。本文给出将来WSN的几个发展方向：
①能效问题研究是无线传感网络中的热点研究问题。针对不同应用的能效节点自定位算法、优化覆盖算法、时间同步算法都是值得进一步深入研究的问题，进一步提高网络的性能，延长网络的生命周期。
②在高密度网络中，需要大范围时间同步。时间同步可以减少事件碰撞、能量浪费和统一更新。现有的时间同步方案致力于同步网络中的局部节点时钟以及较少的能量负担。接下来的研究可以更多地关注最小化长时间的不确定性误差，提高精度。
③WSN中布置了大量的节点，随着时间发展会产生大量的数据。数据压缩、融合和聚合技术能有效地减少数据传送量。基于事件的压缩、融合、聚合方案和连续时间采集网络也是具有挑战性的研究领域。
④WSN的安全检测问题。安全协议需要能监视、检测，同时应对入侵者的攻击。现有的许多安全协议多数是针对网络层和数据链路层的。然而恶意攻击可能出现在任何层中，不同层的安全检测是一个值得研究的问题。跨层的安全检测是网络安全研究中的又一具有挑战性的课题。
⑤可扩展性。保证网络的可扩展性是WSN的另一项关键需求。由于能消耗尽、节点故障、通信故障等原因，网络的拓扑结构常常会发生变化，如果没有网络的可扩展性保证，网络的性能会随着网络的规模增加或是随着时间而显著降低。
⑥WSN有着分层的体系结构，导致各层的优化设计不能保证整个网络的设计最优。将MAC与路由相结合进行跨层设计可以有效节省能量，延长网络的寿命。传感器网络的能量管理、低功耗设计、时间同步和节点定位方面也可以结合实际，跨层优化设计。