无线传感器网络数据传输可靠性研究综述

胡 明 周舒莹

（芜湖职业技术学院 安徽 芜湖 241003）

0.前言

无线传感器网络中的多数传感器节点在实际应用过程中，主要是利用限定能量电池的供应特性进行集中供电。结合以往的研究来看，早期关于无线传感器网络方面的研究主要集中在节能方面，即利用切实可行的手段尽可能地延长网络运行周期，以期确保无线传感器网络的稳定运行效果。然而，介于无线传感器网络自身的运行特点，很容易降低自身传输的可靠性。针对于此，相关人员必须结合无线传感器网络数据传输特点，制定相关的对策加以解决。

1.影响无线传感器网络数据传输可靠性的主要因素

（1）一般来说，无线通信在正式运行的过程中，比较容易受到路径损耗或者阴影效应的干扰影响，而出现不同程度的隐患问题。其中，以中断问题与误码问题为主的干扰影响较为突出，严重降低无线传感器网络数据传输的可靠性[1]。

（2）目前，节点的计算能力与存储能力过低俨然成为制约无线传感器网络运行效率的主导因素。当网络流量问题过于突显的时候，无线传感器很容易出现拥塞问题，并相继引发丢包问题的出现[2]。

2.无线传感器网络数据传输可靠性问题的评估分析

目前，多数应用需要较大规模的无线传感器网络作为主要的支撑结构。在这样的趋势之下，往往需要利用远距离传输方法才能够送到汇聚节点当中。然而，远距离多跳很容易导致隐患问题的出现，降低整体的传输可靠性。并且目前，国家对于无线传感器网络可靠性的相关定义并未有明确的指示[3]。根据相关文献的综合概述，基本上可以将网络可靠性定义为：立足于网络运行给定的条件，在规定时间内将物质、信息以及能量等要素按照一定的方法手段，实现网络传输功能，并严格确保过程的安全性与可靠性。

2.1 基于可靠性研究的评估模型

在实际构建过程中，我们往往需要从以下三个方面进行验证，目的在于判断评估模型是否安全、合理。如：节点和链路是否具备安全性能，完成正常运行工作；节点、链路与网络之间是否处于良好运行状态；节点与链路之间的概率统计是否具备相互独立、相互辅助的运行关系。

与传统网络可靠性模型相比，无线传感器网络可靠性模型在功能与性能方面，集中体现出安全性与可靠性。然而，需要注意的是，无线传感器网络的可靠性评估模型多是立足于传统网络可靠性模型，且无线传感器网络自身具备的动态性、共因失效等问题，会进一步降低数据传输的可靠程度。针对于此，建议在构建可靠性评估模型的过程中，应该结合无线传感器网络自身的特性，确保无线传感器网络的运行安全性与合理性[4]。

2.2 可靠性的近似计算方法

网络可靠性的精确计算方法多种，近些年来，不少研究者选择尝试寻求一种切实可行的方法加以解决。然而，介于无线传感器网络运行特点，在近似算法的选择方面，我们往往会以变换法、定界法等近似算法为主。具体选择哪种近似算法，应由无线传感器网络运行功能与特性为主。

3.关于加强无线传感器网络传输可靠性程度的相关措施分析

无线传感器网络的问世成功吸引了大量研究机构与生产厂商的关注。然而，经过多年的研究与发展，无线传感器网络并未形成一个既定的标准。结合目前来看，无线传感器网络主要以IE8.2.15.4E、ZigBee、Z-Wave 等网络标准为主[5]。

3.1 IEEE802.15.4技术

IEEE802.15.4 技术标准中主要以CSMA-CA 技术为主。所谓的CSMA-CA 技术主要是指载波侦听多路访问技术。结合帧确认机制与帧校验机制进一步确保数据传输的安全性与可靠性。一般来说，无线信道中的数据传输往往会受到周围运行环境的影响而出现不同程度的隐患问题，其中以误码率较高的问题尤为突显。IEEE802.15.4 技术标准主要利用短帧格式降低出错率与利用MAC 帧降低出错率的方法，检验运行过程中的错误问题。一旦发现明显的错误问题，必须进行及时整改。

3.2 ZigBee技术

ZIgBee 技术属于一种具备短距离性与低功耗性的技术类型，且性质上属于无线通信技术。一般多用于工业生产、智能交通以及家庭自动化等领域当中，应用效果良好。一般来说，ZIgBee 技术在正式应用的过程中，往往会结合IEEE802.15.4 标准对整个无线域网进行合理访问与控制。多作用于网络物理层与介质访问控制子层当中，目前，这种作用方式已经被大多数人所接受，基本上成为无线传感器网络底层标准的主要表现[6]。

4.无线传感器网络数据传输可靠传输协议分析

4.1 重传

基于IEEE802.15.4 标准当中，节点在发出数据之后，倘若在短时间内并未接收到ACK，节点往往会采取自动重传数据的方式，直到ACK 接收为止。ESRT 属于基于Sink 端进行操作与执行的传输协议，一般往往多具备高度的可靠性特点。其中，Sink 节点多会立足于当前的网络状况，以及用户个人的期望，结合广播通知源节点的方式，合理调整报告频率，目的在于进一步确保事件特征的可靠性传输功能不受损，至少不会出现堵塞问题。但是需要注意的是，在应用重传方式加强数据传输可靠性的过程中，必须控制好报告频率，避免加重Sink 节点周围的负载压力，避免出现明显的隐患问题，影响数据传输效果[7]。

4.2 混合方法

混合方法主要综合了重传和冗余两种方法，将无线传感器网络中端到端的可靠性传输问题，根据网络层次属性的不同，划分为若干个子问题。目的在于根据子问题的复杂性特征，利用启发式算法，确保端与端的传输效果，最大化地加强无线传感器网络数据传输的可靠效果。与此同时，在物理层与MAC 层当中，相关研究人员根据无线传感器网络数据的传输特点，进一步提出了关于功率的重传次数的限制方法等内容，以便更好地加强传输过程中的可靠性。需要注意的是，重传次数需要明确目标传输距离，防止出现传输隐患问题[8]。

5.结论

总而言之，无线传感器网络作为物联网与信息物理系统的重要构成部分，关于对其的研究与优化工作俨然成为当前时代的重点内容。经过多年的发展与实践，国内无线传感器网络基本上已经完成从单一化网络体系过渡到异构网络融合体系当中。而可靠性作为评定无线传感器网络的重要指标内容，在某些层面上直接决定了无线传感器网络体系的应用性能，具有重要的意义。因此，对于现阶段无线传感器网络数据传输存在的安全问题，建议研究人员必须立足于实际情况，加强对无线传感器网络可靠性的研究力度，确保网络数据传输的安全性与可靠性。