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基于超寬帶技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)( 四 )

云知道



Sensor-MAC、Timeout-MAC、Wise-MAC、Berkley-MAC和Data-gathering MAC是目前無線傳感網(wǎng)比較有代表性的MAC協(xié)議 。另外，低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)率的無線互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4也對MAC協(xié)議做了具體的規(guī)范 。超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以從UWB基本的信道劃分方式入手，利用超寬帶無線電的多址方式(跳時多址等)，結(jié)合上述的現(xiàn)有MAC協(xié)議，并考慮UWB技術(shù)自身的定位功能，研究低功耗、分布式、各方面性能比較平衡的MAC協(xié)議 。
3.3 路由協(xié)議
路由協(xié)議的任務(wù)是在傳感器節(jié)點和接收發(fā)送節(jié)點之間建立路由，可靠地傳遞數(shù)據(jù) 。由于無線傳感網(wǎng)資源受限，因此路由協(xié)議的設(shè)計原則是算法簡單，不能在節(jié)點保存太多的狀態(tài)信息，節(jié)點間不能交換太多的路由信息 。目前有代表性的路由協(xié)議包括Flooding/Gossiping協(xié)議、SPIN協(xié)議、定向擴(kuò)散協(xié)議、LEACH協(xié)議和TEEN協(xié)議等 ?？梢越Y(jié)合UWB技術(shù)的精確定位能力，利用位置信息將數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)到目標(biāo)區(qū)域，從而不必為了找到目標(biāo)節(jié)點向全網(wǎng)廣播數(shù)據(jù) 。另外，利用節(jié)點間的相對距離，可以為數(shù)據(jù)報選擇更節(jié)省能量的路徑 。
3.4 高精度測距定位技術(shù)
根據(jù)定位機制，可將現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位算法分為兩類：Range-based和Range-free，即基于測距技術(shù)的定位算法和無需測距的定位算法 。前者通過測量節(jié)點間點到點的距離或者角度信息，使用三邊測量法、三角測量法或最大似然估計法計算節(jié)點位置；后者無需距離和角度信息，僅根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性等信息實現(xiàn) 。無需測距定位機制在成本、功耗等方面具有優(yōu)勢，但精度較低，主要算法包括質(zhì)心算法、凸規(guī)劃算法、DV-Hop、Amorphous、MDS-MAP和APIT算法等 。UWB脈沖的寬度在1 ns以下，占用的帶寬在1 GHz以上，采用時間到達(dá)(TOA)方法測距，理論上可以達(dá)到厘米級的測距精度[3] 。但在復(fù)雜多徑和非視距(NLOS)的影響下，UWB的測距和定位精度很難達(dá)到理論極限，選擇性能代價比高的定位機制和節(jié)省能耗的定位跟蹤算法是目前急需解決的問題 。通過結(jié)合MAC和路由協(xié)議的設(shè)計，可實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高精度的測距、定位和跟蹤 。
3.5 協(xié)議棧優(yōu)化和跨層設(shè)計思路
在保證一定的系統(tǒng)通信性能(傳輸速率、延遲、丟包率等)的前提下，優(yōu)化的協(xié)議棧設(shè)計會直接支持網(wǎng)絡(luò)能量治理的優(yōu)化 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧優(yōu)化必須針對不同應(yīng)用環(huán)境，結(jié)合容錯性、抗干擾性和功耗等要害指標(biāo)的要求進(jìn)行全局跨層設(shè)計 。在研究超寬帶無線傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)實際的應(yīng)用場合，考慮UWB無線電的特點，結(jié)合數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)定位/跟蹤以及查詢和治理等具體要求，探索具有自組織、分布式和跨層優(yōu)化能力的超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系 。

4 結(jié)束語
UWB技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是兩個新興的熱點研究課題，兩者可以形成天然的結(jié)合 ?；赨WB技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備一些傳統(tǒng)無線傳感網(wǎng)無法比擬的優(yōu)勢，將成為下一代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，具備廣闊的應(yīng)用前景 。

5 參考文獻(xiàn)
[1] Akyildiz I F,Su Weilian, Sankarasubramaniam Y, et al. A Survey on Sensor Networks [J]. IEEE Communications Magazine, 2002,40(8):102—105.
[2] Oppermann I,Stoica L, Rabbachin A, et al. UWB Wireless Sensor Networks: UWEN — a Practical Example [J]. IEEE Communications Magazine, 2004,42(12):27—32.
[3] Woo Cheol Chung, Dong Sam Ha. An Accurate Ultra-Wideband (UWB) Ranging for Precision Asset Location [A]. Proceedings of the IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies [C]. Reston (VA, USA), 2003. Piscataway (NJ, USA): IEEE,2003.389—393.
作者簡介： 【基于超寬帶技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)】吳微威，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)通信實驗室在讀博士生，研究方向為UWB、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等 。

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