光通信研究雜志無線傳感器多信道通信技術(shù)

　　本篇簡要通信論文研究了無線傳感網(wǎng)絡(luò)模型和多信道通信在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的作用，并分析了無線傳感網(wǎng)絡(luò)多信道廣播問題，并提出了具體的優(yōu)化方法，旨在提升多信道通信技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用水平�！�光通信研究》(雙月刊)創(chuàng)刊于1975年，是國家光纖通信技術(shù)工程研究中心、光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——武漢郵電科學(xué)研究院主辦的光通信方面的專業(yè)刊物，本刊主要刊載光通信領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文、研究成果的技術(shù)報(bào)告、工程設(shè)計(jì)方案、施工及維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，綜述國內(nèi)外光纖通信先進(jìn)技術(shù)和有關(guān)理論及最新動(dòng)態(tài)等�？晒�從事光纖通信工作以及相關(guān)學(xué)科的科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、維護(hù)等方面的科技人員和大專院校師生參考。本刊學(xué)術(shù)性和技術(shù)內(nèi)容并重，發(fā)行量大，是全國通信行業(yè)影響較大的刊物之一�，F(xiàn)已成為越來越多的科研、工程技術(shù)和管理人員科學(xué)決策的重要依據(jù)。

　　摘要：無線傳感網(wǎng)絡(luò)在海上通信、航空通信等各個(gè)方面都有著重要的應(yīng)用，通信技術(shù)近年來發(fā)展迅速，在網(wǎng)絡(luò)通信中應(yīng)用多信道通信技術(shù)能夠保證通信的可靠性，基于以上，本文簡要研究了無線傳感網(wǎng)絡(luò)模型和多信道通信在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的作用，并分析了無線傳感網(wǎng)絡(luò)多信道廣播問題，旨在為進(jìn)一步提升無線傳感網(wǎng)絡(luò)多信道通信技術(shù)的通信水平提供相關(guān)參考。

　　關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 多信道通信 多信道廣播

　　多信道通信在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用越來越廣泛，其能夠提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的吞吐量，且解決了信道干擾問題。本文簡要分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道通信技術(shù)，旨在為相關(guān)研究提供參考。

　　1無線傳感網(wǎng)絡(luò)模型

　　無線傳感網(wǎng)絡(luò)在海上通信、航空通信等各個(gè)方面都有著重要的應(yīng)用，無線傳感網(wǎng)絡(luò)模型一般分為物理感知單元、數(shù)據(jù)獲取單元、數(shù)據(jù)傳輸單元以及能量單元等四個(gè)組成部分：①物理感知單元：物理感知單元的主要功能是獲取目標(biāo)物體的相關(guān)感知數(shù)據(jù)，其以無線傳感器為基礎(chǔ)能夠?qū)δ繕?biāo)物體的溫度、圖像等數(shù)據(jù)進(jìn)行感知;②數(shù)據(jù)處理單元：傳感器在收集目標(biāo)物體的感知數(shù)據(jù)之后會(huì)通過數(shù)據(jù)處理單元對(duì)相關(guān)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，例如圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理、溫度數(shù)據(jù)的預(yù)處理等等;③數(shù)據(jù)傳輸單元：目標(biāo)物體的感知數(shù)據(jù)在經(jīng)過處理后需要進(jìn)行傳輸或接收，數(shù)據(jù)傳輸單元的主要功能是與多信道無線通信相互配合，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體感知數(shù)據(jù)的傳輸或接收 [1];④能量單元：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器等設(shè)備是需要能量支持的，能量單元的主要作用就是為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)供給能量，從而保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

　　就目前來看，當(dāng)前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)只有部分能夠?qū)崿F(xiàn)通信移動(dòng)，其余的節(jié)點(diǎn)則保持靜止，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出以下特征：①資源有限：對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備來說，其數(shù)據(jù)處理能力通常要依賴于嵌入式芯片的開發(fā)，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理能力受到一定的限制，呈現(xiàn)出資源有限的特征;②自組織體系：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是不可預(yù)知的，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是相互影響的，一旦一個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信失效，而可能會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的通信鏈路，從而對(duì)整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)造成影響;③結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)為中心：傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以IP地址為中心，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)為中心，對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)并不重視。

　　2 多信道通信概述

　　在多信道通信技術(shù)沒有被研發(fā)并應(yīng)用之前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信在一個(gè)信道之內(nèi)，這就使得節(jié)點(diǎn)在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程中容易受到其他節(jié)點(diǎn)的干擾，同時(shí)還容易受到外界噪聲的干擾，從而導(dǎo)致整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中易出現(xiàn)誤碼，嚴(yán)重影響了通信質(zhì)量。在應(yīng)用多信道通信技術(shù)之后，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能夠在不同的信道內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這就降低了各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)干擾，此外，由于節(jié)點(diǎn)分散在不同的信道內(nèi)，單一信道的容量也會(huì)增加，這就降低了外界的干擾，從這兩個(gè)方面來看，多信道通信技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用能夠有效提升通信質(zhì)量[2]。

　　多信道通信雖然能夠提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，但這種通信模式也會(huì)提升通信協(xié)議以及通信結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，相較于單通道通信來說，多信道通信技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多信道廣播以及資源負(fù)載均衡等方面的問題還有待優(yōu)化。

　　3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)多信道廣播問題的分析

　　多信道通信雖然能夠提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，但這種通信模式也會(huì)提升通信協(xié)議以及通信結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，相較于單通道通信來說，多信道通信技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多信道廣播以及資源負(fù)載均衡等方面的問題還有待優(yōu)化。

　　3.1 多信道廣播通信的問題分析

　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，多信道廣播通信是一種十分重要的通信形式，其在同步時(shí)間、數(shù)據(jù)及路由的查詢等各個(gè)方面都有著重要的應(yīng)用。對(duì)于單信道通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，其無線傳感節(jié)點(diǎn)在一個(gè)通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)分布，這就可以借助無線電波的廣播作用來接受或傳遞相關(guān)的廣播信息，從而實(shí)現(xiàn)廣播通信。但對(duì)于多信道通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，由于傳感器節(jié)點(diǎn)在多個(gè)通信通道內(nèi)分布，因此不同信道內(nèi)節(jié)點(diǎn)的蘇醒時(shí)間有著一定的差異性，而節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸是需要能量的，為了節(jié)省能量，在不同信道內(nèi)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)處于睡眠狀態(tài)，這就使得處于睡眠狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)無法接受通信信號(hào)，這就給多信道廣播帶來了一定的困難，從而衍生為多信道通信的相關(guān)問題，具體主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①覆蓋率�。簽榱吮苊饽芰肯�耗，不同信道內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可能處于沉睡狀態(tài)，這就降低了多信道廣播的覆蓋率，針對(duì)這個(gè)問題，可以采取節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接的方式來解決，即如果一個(gè)沉睡節(jié)點(diǎn)接收信息，則可以將其轉(zhuǎn)接到其他節(jié)點(diǎn)上，從而提升節(jié)點(diǎn)接收信息的效率，擴(kuò)大通信范圍;②廣播冗余：多信道廣播通信中，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)播會(huì)導(dǎo)致多信道廣播通信的冗余問題[3];③通信延遲：由于多信道廣播通信中，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)為了節(jié)省能量處于沉睡狀態(tài)，這就需要對(duì)廣播信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)接和轉(zhuǎn)播，而在轉(zhuǎn)接和轉(zhuǎn)播的過程中勢必會(huì)影響到信號(hào)的傳輸效率，從而導(dǎo)致多信道廣播通信的延遲，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

　　3.2 創(chuàng)建分布式樹形廣播協(xié)議

　　上文中對(duì)多信道廣播通信的問題進(jìn)行了分析，針對(duì)這些問題可以建立一個(gè)分布式樹形廣播協(xié)議，以此來優(yōu)化多信道廣播通信。通過樹形廣播協(xié)議可以將節(jié)點(diǎn)的廣播包進(jìn)行發(fā)送，這就能夠有效提升多信道廣播通信的效率及覆蓋率。分布式樹形廣播協(xié)議采取的是動(dòng)態(tài)分配方式，采用分布式方法，集中式算法更加簡便，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中對(duì)節(jié)點(diǎn)要求不高，這就有效降低了節(jié)點(diǎn)能量消耗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多信道廣播通信的優(yōu)化。

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