无线传感器网络协作技术综述

[论文关键词]无线传感器网络 协作 Agent

　　[论文摘要]无线传感器网络研究具有重大的科学意义及应用前景。协作技术是其重要组成部分。通过介绍无线传感器网络协作技术，对协作技术研究中的一些热点问题进行分析，展望无线传感器网络协作技术研究中一些很有前景的研究方向。
　　
　　　　
　　一、引言
　　无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）包含大量智能传感节点，分布在大范围地理区域内，近似实时地监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，并对数据进行处理，获得详尽准确的信息传送给用户。WSN以其监测精度高、布设灵活性强、造价低廉等特点，在军事侦察、工业控制、交通监管、环境监测等领域具有非常广阔的应用前景[1]。
　　由于单个传感器节点的通信、处理和感知能力有限，无法处理大规模复杂问题，多数情况下不能获取网络全局信息，传感节点要求具有协同通信功能。WSN的协同主要是指资源的协同、任务的协同、信号与信息的协同。资源的协同和信号与信息的协同从根本上是为任务协同服务的[2]。本文通过对协作技术研究中的一些热点问题进行分析，展望无线传感器网络协作技术研究中一些很有前景的研究方向。
　　
　　二、无线传感器网络协作技术研究热点
　　（一）协作任务描述
　　任务描述是任务协同的基础，任务描述能力直接影响任务分配系统的复杂性。WSN的任务描述涉及两方面的内容，即对任务功能进行描述和对参与任务的节点进行描述。根据WSN的特点，感知任务可以从面向应用和面向任务分配两个角度加以描述。
　　文献[3]分析比较了当前具有代表性的几种无线传感器网络任务描述方式，如有向无环图、抽象任务图、基于角色的任务图、类SQL查询语言描述等。目前并没有一种任务描述方式能同时从两个角度出发有效地对任务进行描述。
　　（二）协作信号处理
　　协作信号信息处理协作信号信息处理（collaborative signal and informasion processing，CSIP）技术。文献[4]描述了CSIP针对WSN网络的特点，在数据表达、存储、传输和处理等方面研究新的方法和算法来满足应用对信息精度、网络节能、低延迟、可扩展和高可靠的要求。
　　文献[5]分析WSN的特点和CSIP的需求，讨论它的一般流程和主要处理模式，接着结合功能框架，归纳并总结目前已有的主要方法。CSIP基于节点间的协商和合作，选择合适的传感节点参与协作，平衡节点个体和网络整体在协作过程中的信息收益和资源代价，解决网络信息处理中的驱动机制、节点选择、处理地点、时机和算法等问题。
　　（三）协作时间同步
　　无线传感器网络的应用通常需要一个适应性比较好的时间同步服务，以保证数据的一致性和协调性。时间同步是同步分布式数据感知和控制所必需的。在无线传感器网络中协调、通信、安全、电源管理和分布式登陆等，都依赖于现有的全局时间。
　　文献[6]提出了协作时间同步同步的概念。协作同步原理如下：如果时间基准节点按照相等的时间问隔发出多个同步脉冲，其周围单跳节点接收后依据这一系列个脉冲的发送时刻估算出时间基准节点的下一个脉冲发送时刻，并在该时刻同时发出同步脉冲。此脉冲信号会扩散至周围单跳节点。如此重复下去，最终网内所有节点都会同时发出同步脉冲，即达到了同步状态。 　（四）MAS协作
　　多Agent系统（Multi-agent System，MAS）是分布式人工智能的重要研究领域，agent可以定义为具有目标、知识和能力的软件或硬件实体，能力包括感知、行动、推理、学习、通信和协作等。
　　agent利用局部信息进行自主规划，通过规划推理解决局部冲突以实现协作，进而实现系统整体目标。Agent体系结构、交互语言、协商策略研究较为成熟，并且与WSN具有很多相似性。因此，可以考虑在WSN协作中引入agent。
　　文献[7]提出了一种WSN中基于P2P的多agent数据传输和汇总系统架构。此构架包括接口agent、查询agent、路由agent及数据采集agent。接口agent与用户交互，路由agent负责能源效率的数据传输。查询agent为agent与路由agent之间的协作提供便利的接口，并负责建立优化计划，以实现其预定目标。接口agent和查询agent放置在资源丰富的基站，因为它们需要计算密集操作。数据采集agent负责采集，筛选和格式化传感器的数据。提供MAS架构和设计，使它们在WSNs中能够协调和沟通，彼此之间相互传输和汇总数据。
　　
　　三、总结与展望
　　随着WSN商业应用越来越广泛，WSN研究面临的挑战也日益严峻。单个的能源、功率、功能均受限的传感器节点需要协作完成任务。针对传感器间的协作技术的研究也日益受到重视。目前的协作研究仅仅局限在一些具体问题上，尚未形成通用方法。本文分析WSN协作研究还是很有前景的。

　　
　　参考文献：
　　[1]孙利民、李中建、陈渝等，无线传感器网络[M]．北京：清华大学出版社，2005.
　　[2]于海斌、曾鹏，智能无线传感器网络系统[M]．北京：科学出版社，2006:212-222.
　　[3]谷建华、沈沉、彭力静、李志刚，基于无线传感器网络任务描述方式的研究与比较，计算机应用研究，2008，25（5）:1292-1294.
　　[4]Ku ma r S，Zhao F，Shepherd D．Collaborative signal and informasion，processing in mier-esensor networks[J]．IEEE Signal Processing Magazine，2002,19(2):13-l4.
　　[5]史浩山，杨少军，侯蓉晖，无线传感器网络协作信号信息处理技术研究，信息与控制，2006,35（2）：225-232.
　　[6]A Hu，S D Servetto．On the scalability of cooperative time synchronization in pulseconnected network s[J]．IEEE Trans on Information Theory，2006，52(6)：2725-2748.
　　[7]Elhadi Shakshuki,Sajid Hussain, Abdur R.Matin,Abdul W.Matin，P2P Multi-agent Data Transfer and Aggregation in Wireless Sensor Networks，Proc of Mobile Ahhoc and Sensor Systems(MASS),2006 IEEE international Conference on,2006,page 645-649.