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無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作技術(shù)綜述
[論文關(guān)鍵詞]無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ) 協(xié)作 Agent
[論文摘要]無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )研究具有重大的科學(xué)意義及應用前景。協(xié)作技術(shù)是其重要組成部分。通過(guò)介紹無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作技術(shù)，對協(xié)作技術(shù)研究中的一些熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，展望無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作技術(shù)研究中一些很有前景的研究方向。
一、引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（Wireless Sensor Network，WSN）包含大量智能傳感節點(diǎn)，分布在大范圍區域內，近似實(shí)時(shí)地監測、感知和采集網(wǎng)絡(luò )分布區域內的各種或監測對象的數據，并對數據進(jìn)行處理，獲得詳盡準確的信息傳送給用戶(hù)。WSN以其監測精度高、布設靈活性強、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，在軍事偵察、控制、監管、環(huán)境監測等領(lǐng)域具有非常廣闊的應用前景[1]。
由于單個(gè)傳感器節點(diǎn)的、處理和感知能力有限，無(wú)法處理大規模復雜問(wèn)題，多數情況下不能獲取網(wǎng)絡(luò )全局信息，傳感節點(diǎn)要求具有協(xié)同通信功能。WSN的協(xié)同主要是指資源的協(xié)同、任務(wù)的協(xié)同、信號與信息的協(xié)同。資源的協(xié)同和信號與信息的協(xié)同從根本上是為任務(wù)協(xié)同服務(wù)的[2]。本文通過(guò)對協(xié)作技術(shù)研究中的一些熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，展望無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作技術(shù)研究中一些很有前景的研究方向。
二、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作技術(shù)研究熱點(diǎn)
�。ㄒ唬﹨f(xié)作任務(wù)描述
任務(wù)描述是任務(wù)協(xié)同的基礎，任務(wù)描述能力直接影響任務(wù)分配系統的復雜性。WSN的任務(wù)描述涉及兩方面的內容，即對任務(wù)功能進(jìn)行描述和對參與任務(wù)的節點(diǎn)進(jìn)行描述。根據WSN的特點(diǎn)，感知任務(wù)可以從面向應用和面向任務(wù)分配兩個(gè)角度加以描述。
文獻[3]分析比較了當前具有代表性的幾種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )任務(wù)描述方式，如有向無(wú)環(huán)圖、抽象任務(wù)圖、基于角色的任務(wù)圖、類(lèi)SQL查詢(xún)描述等。目前并沒(méi)有一種任務(wù)描述方式能同時(shí)從兩個(gè)角度出發(fā)有效地對任務(wù)進(jìn)行描述。
�。ǘ﹨f(xié)作信號處理
協(xié)作信號信息處理協(xié)作信號信息處理（collaborative signal and informasion processing，CSIP）技術(shù)。文獻[4]描述了CSIP針對WSN網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，在數據表達、存儲、傳輸和處理等方面研究新的方法和算法來(lái)滿(mǎn)足應用對信息精度、網(wǎng)絡(luò )節能、低延遲、可擴展和高可靠的要求。
文獻[5]分析WSN的特點(diǎn)和CSIP的需求，討論它的一般流程和主要處理模式，接著(zhù)結合功能框架，歸納并目前已有的主要方法。CSIP基于節點(diǎn)間的協(xié)商和合作，選擇合適的傳感節點(diǎn)參與協(xié)作，平衡節點(diǎn)個(gè)體和網(wǎng)絡(luò )整體在協(xié)作過(guò)程中的信息收益和資源代價(jià)，解決網(wǎng)絡(luò )信息處理中的驅動(dòng)機制、節點(diǎn)選擇、處理地點(diǎn)、時(shí)機和算法等問(wèn)題。
�。ㄈ﹨f(xié)作時(shí)間同步
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用通常需要一個(gè)適應性比較好的時(shí)間同步服務(wù)，以保證數據的一致性和協(xié)調性。時(shí)間同步是同步分布式數據感知和控制所必需的。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中協(xié)調、通信、安全、電源和分布式登陸等，都依賴(lài)于現有的全局時(shí)間。
文獻[6]提出了協(xié)作時(shí)間同步同步的概念。協(xié)作同步原理如下：如果時(shí)間基準節點(diǎn)按照相等的時(shí)間問(wèn)隔發(fā)出多個(gè)同步脈沖，其周?chē)鷨翁濣c(diǎn)接收后依據這一系列個(gè)脈沖的發(fā)送時(shí)刻估算出時(shí)間基準節點(diǎn)的下一個(gè)脈沖發(fā)送時(shí)刻，并在該時(shí)刻同時(shí)發(fā)出同步脈沖。此脈沖信號會(huì )擴散至周?chē)鷨翁濣c(diǎn)。如此重復下去，最終網(wǎng)內所有節點(diǎn)都會(huì )同時(shí)發(fā)出同步脈沖，即達到了同步狀態(tài)。
�。ㄋ模㎝AS協(xié)作
多Agent系統（Multi-agent System，MAS）是分布式人工智能的重要研究領(lǐng)域，agent可以定義為具有目標、知識和能力的軟件或硬件實(shí)體，能力包括感知、行動(dòng)、推理、學(xué)習、和協(xié)作等。
agent利用局部信息進(jìn)行自主規劃，通過(guò)規劃推理解決局部沖突以實(shí)現協(xié)作，進(jìn)而實(shí)現系統整體目標。Agent體系結構、交互、協(xié)商策略研究較為成熟，并且與WSN具有很多相似性。因此，可以考慮在WSN協(xié)作中引入agent。
文獻[7]提出了一種WSN中基于P2P的多agent數據傳輸和匯總系統架構。此構架包括接口agent、查詢(xún)agent、路由agent及數據采集agent。接口agent與用戶(hù)交互，路由agent負責能源效率的數據傳輸。查詢(xún)agent為agent與路由agent之間的協(xié)作提供便利的接口，并負責建立優(yōu)化計劃，以實(shí)現其預定目標。接口agent和查詢(xún)agent放置在資源豐富的基站，因為它們需要計算密集操作。數據采集agent負責采集，篩選和格式化傳感器的數據。提供MAS架構和設計，使它們在WSNs中能夠協(xié)調和溝通，彼此之間相互傳輸和匯總數據。
三、與展望
隨著(zhù)WSN商業(yè)應用越來(lái)越廣泛，WSN研究面臨的挑戰也日益嚴峻。單個(gè)的能源、功率、功能均受限的傳感器節點(diǎn)需要協(xié)作完成任務(wù)。針對傳感器間的協(xié)作技術(shù)的研究也日益受到重視。目前的協(xié)作研究?jì)H僅局限在一些具體問(wèn)題上，尚未形成通用方法。本文分析WSN協(xié)作研究還是很有前景的。
參考文獻：
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