1.3.4 面临的挑战
覆盖控制与节点部署技术是构建无线传感器网络的关键性支撑技术。由于无线传感器网络与传统Ad-hoc网络、无线局域网和移动通信网络存在一定差异,无线传感器网络具有的诸多特点为覆盖控制与节点部署技术带来了许多新的挑战。主要表现在以下几个方面。
(1)节点能量受限
传感器是一些体积微小的嵌入式系统装置,通常配备有无线电收发器、微控制器和能源供应器(通常为电池),受无线传感器网络应用场景的限制,传感器节点的能量补给通常很难实现,一旦网络中节点因能量耗尽而失效,将为整个网络带来不可挽救的灾难。因此,在无线传感器网络的工作过程中,必须尽可能地降低节点能耗,最大程度地延长其工作周期。这就要求设计能量高效的覆盖控制与节点部署策略,以期对全网各种资源进行优化分配,并最终延长网络生存时间。综上可见,能量受限特性是无线传感器网络覆盖控制面临的重要挑战。
(2)与应用密切相关
客观世界的多样性为无线传感器网络的应用带来了又一挑战,不同的应用场景对无线传感器网络有着不同的需求,相应的硬件平台、软件系统和网络协议也存在着巨大的差异。因此,无线传感器网络的开发过程不同于普通的人们必须关注于网络间所存在的差异性,针对具体的应用场景进行设计开发,以更贴近于实际应用环境。另外,当监测区域中发生突发状况时,网络必须在极短的时间内做出响应,因此,网络实时陸也是无线传感器网络设计者们必须要考虑的重点因素。这需要覆盖控制与节点部署策略具有良好的扩展性,能够满足不同应用场景的需求。
(3)以数据为中心
为了识别传感器节点,通常采用ID编号机制标识节点身份,当网络正常工作时,传感器节点只需报告感知数据信息,无须告知位置和编号,这种以数据作为交流信息的方式更接近于人类的交流方式,因此,无线传感器网络又称为以数据为中心的网络。然而大量感知数据的汇集必将产生频繁的节点通信,这对于能量、通信和存储能力都受限的传感器节点而言,是一个极大的挑战,因此亟须设计能量高效的覆盖控制协议与节点部署策略,从而为设计高效的路由协议提供支持,降低因数据传输所产生的能耗影响。
(4)网络动态、自组织性强
受工作环境的限制,传感器节点一般随机部署于恶劣环境之中,0网络尤基础结构设施,网络拓扑结构和路由无法预先设定,节点间的邻居关系无法预知。传感器节点根据相应的通信协议与其通信范围内的任何节点进行通信,从而形成无线自组织网络。但是,另一方面,全网拓扑也可能由于诸多原因而发生改变,如环境变化造成通信障碍、能量耗尽造成节点失效、节点移动或新币点加入等,这就要求无线传感器网络必须能够很好地适应网络拓扑的动态变化。为此。覆盖控制算法需要具有良好的可扩展性,能够实时满足网络动态变化的特性,同时需要设计支持移动传感器网络的覆盖控制与节点部署算法,从而保证对多种网络均能够提供相对稳定的监测能力。
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