分布式无线传感器网络通信协议分析

任广鹏 杨志恒 申宇豪

摘 要：无线传感器网络，如今已经得到广泛应用，随着互联网技术的发展和进步，无线传感器网络的传输技术已经得到了广泛的认可，各个行业开始重视起来，无线传感器网络由于其自身具有强大的处理能力，计算通信能力和其他的存储感知能力，使得这一技术很快在社会竞争中处于优势地位，目前已经在很多领域被广泛应用了，在过去的分布式无线传感器网络通信协议的研究成果的基础上，对于分布式无线传感器网络协议中各个协议体系，进行了进一步的阐述和分析，并对通信协议体系结构中的新的分布体系结构以及当前分布式无线传感器网络通信协议的最近研究成果进行了简单的介绍。

关键词：分布式无线传感器；网络通信；协议

中图分类号：TN929 文献标志码：A

随着我国科技的不断进步，无线传感器网络已经占据了市场的大部分，其凭借自身的优势，如数据处理能力、计算机通信能力以及存储感知能力等等在军事领域，环保领域，甚至在一些医疗机械和商务领域等等都应用得相当频繁。

1 无线传感器网络的定义

分布式无线传感器网络可以利用自身的微型传感器，对整个监测的区域进行智能化的管理，在工作的过程中，分布式无线传感器网络采用多节点分布方式，这样可以大大地节省传输过程的时间消耗，而且也能够提高传输的效率，在传输过程中采用多条对等的传输形式，并利用自身的分簇式拓扑结构，可以独立地在监测区域内进行工作，同时也可以将分布式无线传感器网络连接到互联网当中，进而可以借助互联网技术来对无线传感器网络实现远程控制，分布式无线传感器网络和其他的无线传输网络相比较来说有很大的优势，首先是多点式分布的方式，其节点的规模相当广，在空间中分布的密度也极高，这样既能保证对物理现象进行非常有效地监测，而且它的节点数量相对于其他网络结构的节点数量来说也是最多的，而且分布式无线传感器网络采用的拓扑结构、分布节点之间的计算能力、能量消耗以及存储能力等等，都会受到最基础的控制，这样就保证了无线传感器网络对于数据的传输效率和质量，但是由于无线传感器网络的节点分布过多，所以非常容易受到损坏，节点之间采用的并不是点对点的这种通信方式，在传输精确性上仍然存在着很多的问题，没有一个准确的规定，导致拓扑结构十分不稳定，频繁地发生一些不可控的变化，这些都是我们在未来无线传感器网络通信协议发展过程中面临的挑战和亟待解决的问题。

2 通信协议及其研究成果分析

2.1 物理层通信协议分析

在无线传感器的网络当中，采用物理层协议，主要涉及的是无线传感器网络的传输介质频段的选择以及如何调试，在传输介质的选择过程当中，目前主要使用的是无线电红外线和光波这3种形式，相比较来说采用无线电传输的优点是比红外线和光波传输的效率更高，因此无线电传输也是目前无线传感器网络物理层协议中最主要的传输方式，红外线传输和光波传输多，应用在一些比较特殊的无线传感器网络当中，其传输过程并不需要一些复杂的解调制过程，而對接收器的要求也没有无线电那样高，数据传输过程中对于一些能量的损耗也较小，目前光通信主要是在一些激光三极管通信中被应用。

2.2 LEACH通信协议分析

LEACH协议在无线传感器网络通信过程当中，多采用一种簇头选举的策略来进行传输，这一阶段大多数可以分成以下几个过程，包括簇头选举的成型稳定状态以及数据融合，在选举的阶段中，由于无线传感器网络节点对于能力的消耗不足，所以必须要考虑到节点对当前能量的消耗损失以及剩余能量的存储量等等。EEWS通过改进对簇头选举阶段过程中阈值的设定和计算，可以对节点剩余的能量进行相应的排序，这样就可以使剩余能量较高的节点作为簇头，解决了簇头选举阶段选出的簇头能量供应不足进而对整个无线传感器网络造成重大威胁的严重问题，成型阶段与簇头选举阶段恰恰相反，这一阶段要选择分布节点中能量消耗最小的簇节点。

LEACH协议中对于簇头的射频一般不会考虑其分布的节点中能量损耗这一部分，他会依据就近的原则选择与自己最近的簇头进行广播射频，但是在无线传感器网络当中，众多的分布节点中，每一个节点都可能被选作为簇头，这就造成了较远的距离的簇头，与基站进行信号传输过程会造成较多的能量消耗，导致后面的工作进行困难，这样会引起整个无线传感器网络瘫痪，针对这一问题，就需要有所改进，比如在簇头与基站通信过程当中，通过改变权值来保证簇头与基站之间的距离最短，这样就能够保障能量在消耗的情况下，维持最低的量，在LEACH协议的通信过程当中，对于出现的这些缺陷也可以通过对无线传感器网络的生命周期进行简单的估算来使其达到更加优化的目的，在估计的过程当中，最需要参考的依据就是节点平均能量的消耗情况，通过这种方式对于在LEACH协议通信过程中簇头的选择成型以及保持无线传感器网络稳定的头部结构，都发挥着巨大的作用，这种作用是无法被替代的，在优化的模型中，也可以采用对分布节点寿命进行估计的形式来使网络模型进一步地优化，也可以通过研究节点在空闲状态以及工作状态下的能量消耗情况，来使节点的生命周期有所显现，能够准确地估计，从而对LEACH协议进行优化和改善，进而发挥它更大的作用。

2.3 数据链路层协议

在平面结构中，所有的网络节点都处在平等的地位，不存在任何的等级和层次，这也被称为对等式结构。在数据链路层协议的拓扑生成过程当中，需要探讨的问题主要有设计平面结构层次的新型网络拓扑结构，减少拓扑生成过程中使用的一些控制报文的现象，进而可以降低网络通信的开销，结合整个拓扑生成的过程和信道分配的过程，可以大大降低网络最初始的功能消耗问题。

2.4 传输层协议

目前我国对于传输控制的研究，通常都会错误分析恢复机制。由中间节点参与数据传输过程，出现检测和恢复的错误，使数据在每一条传输的过程当中都进行错误地检查，这样避免了在以后的工作当中错误的积累程度加深，也保证了丢失的报文能够有更多的时间去重新发送，这种方法可以有效地平衡中间节点的报文缓存的数量，能够使错误率大大降低。

3 结语

根据以上的分析论述，目前分布式无线传感器网络已经在社会多个领域进行应用，但是由于目前网络通信协议有一些限制，再加上他本身技术也存在着一些不完善的现象，在传感器节点分布无人值守，这些方面还需要继续探究，继续进步，对于无线传感器网络的应用现在仍然处于最初的阶段，随着我国相关科技的发展进步，网络通信协议的技术也要不断革新，无线传感器网络技术必将会在未来人类社会的生产和生活中发挥不可替代的作用。

参考文献

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