14、无线传感器网络中的协作通信算法解析

无线传感器网络中的协作通信算法解析

1. 引言

无线传感器网络（WSN）是一个新兴的研究领域，融合了现代计算机科学、无线通信和移动计算的诸多挑战。它是环境智能（Ambient Intelligence）的典型范例，即无处不在的计算。环境系统是与日常环境紧密集成的网络嵌入式系统，能支持人们的各种活动。

传感器节点具有协作能力，可应对各种环境变化。它们完全无线运行，能自发创建临时网络，自行组网，动态适应设备故障和性能下降，管理节点移动，并对任务和网络需求的变化做出反应。

WSN的应用广泛，包括环境监测、上下文感知个人助理、家庭安全、机器故障诊断、医疗监测以及安全监控等。本文关注WSN中的网络协议，采用更集成的视角来处理MAC、传输和路由等传统层。

1.1 内容概述

我们将介绍WSN的架构和典型通信模式，考虑动态WSN，其中部分节点移动，部分节点固定。通过欧洲研究项目EYES开发的传感器节点原型进行演示，并使用简单数学模型让节点了解自身能耗。

后续将从底层向上介绍通信的主要部分：
- 第3节介绍EYES介质访问协议（EMACs），采用多种新机制降低能耗。
- 第4节讨论基于集群的自组织路由算法，通过聚类方案实现高效路由发现。
- 第5节提出使用多路径路由和数据拆分实现更可靠数据传输的方法。

1.2 相关工作

当前无线传感器网络的MAC设计可大致分为基于竞争和TDMA协议。TDMA协议有利于节能，但可扩展性通常不如基于竞争的协议。混合方案如S - MAC协议结合了调度和竞争，以提高碰撞避免和可扩展性。

WSN需要多跳路由策略，目前已