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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作技術(shù)綜述
[論文關(guān)鍵詞]無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 協(xié)作 Agent
[論文摘要]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究具有重大的科學(xué)意義及應(yīng)用前景。協(xié)作技術(shù)是其重要組成部分。通過介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作技術(shù)，對協(xié)作技術(shù)研究中的一些熱點問題進行分析，展望無線傳感器網(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
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）包含大量智能傳感節(jié)點，分布在大范圍區(qū)域內(nèi)，近似實時地監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種或監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳盡準(zhǔn)確的信息傳送給用戶。WSN以其監(jiān)測精度高、布設(shè)靈活性強、造價低廉等特點，在軍事偵察、控制、監(jiān)管、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。
由于單個傳感器節(jié)點的、處理和感知能力有限，無法處理大規(guī)模復(fù)雜問題，多數(shù)情況下不能獲取網(wǎng)絡(luò)全局信息，傳感節(jié)點要求具有協(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]。本文通過對協(xié)作技術(shù)研究中的一些熱點問題進行分析，展望無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作技術(shù)研究中一些很有前景的研究方向。
二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作技術(shù)研究熱點
（一）協(xié)作任務(wù)描述
任務(wù)描述是任務(wù)協(xié)同的基礎(chǔ)，任務(wù)描述能力直接影響任務(wù)分配系統(tǒng)的復(fù)雜性。WSN的任務(wù)描述涉及兩方面的內(nèi)容，即對任務(wù)功能進行描述和對參與任務(wù)的節(jié)點進行描述。根據(jù)WSN的特點，感知任務(wù)可以從面向應(yīng)用和面向任務(wù)分配兩個角度加以描述。
文獻[3]分析比較了當(dāng)前具有代表性的幾種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)描述方式，如有向無環(huán)圖、抽象任務(wù)圖、基于角色的任務(wù)圖、類SQL查詢描述等。目前并沒有一種任務(wù)描述方式能同時從兩個角度出發(fā)有效地對任務(wù)進行描述。
（二）協(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，在數(shù)據(jù)表達、存儲、傳輸和處理等方面研究新的方法和算法來滿足應(yīng)用對信息精度、網(wǎng)絡(luò)節(jié)能、低延遲、可擴展和高可靠的要求。
文獻[5]分析WSN的特點和CSIP的需求，討論它的一般流程和主要處理模式，接著結(jié)合功能框架，歸納并目前已有的主要方法。CSIP基于節(jié)點間的協(xié)商和合作，選擇合適的傳感節(jié)點參與協(xié)作，平衡節(jié)點個體和網(wǎng)絡(luò)整體在協(xié)作過程中的信息收益和資源代價，解決網(wǎng)絡(luò)信息處理中的驅(qū)動機制、節(jié)點選擇、處理地點、時機和算法等問題。
（三）協(xié)作時間同步
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用通常需要一個適應(yīng)性比較好的時間同步服務(wù)，以保證數(shù)據(jù)的一致性和協(xié)調(diào)性。時間同步是同步分布式數(shù)據(jù)感知和控制所必需的。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)、通信、安全、電源和分布式登陸等，都依賴于現(xiàn)有的全局時間。
文獻[6]提出了協(xié)作時間同步同步的概念。協(xié)作同步原理如下：如果時間基準(zhǔn)節(jié)點按照相等的時間問隔發(fā)出多個同步脈沖，其周圍單跳節(jié)點接收后依據(jù)這一系列個脈沖的發(fā)送時刻估算出時間基準(zhǔn)節(jié)點的下一個脈沖發(fā)送時刻，并在該時刻同時發(fā)出同步脈沖。此脈沖信號會擴散至周圍單跳節(jié)點。如此重復(fù)下去，最終網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點都會同時發(fā)出同步脈沖，即達到了同步狀態(tài)。
（四）MAS協(xié)作
多Agent系統(tǒng)（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(biāo)、知識和能力的軟件或硬件實體，能力包括感知、行動、推理、學(xué)習(xí)、和協(xié)作等。
agent利用局部信息進行自主規(guī)劃，通過規(guī)劃推理解決局部沖突以實現(xiàn)協(xié)作，進而實現(xiàn)系統(tǒng)整體目標(biāo)。Agent體系結(jié)構(gòu)、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(shù)據(jù)傳輸和匯總系統(tǒng)架構(gòu)。此構(gòu)架包括接口agent、查詢agent、路由agent及數(shù)據(jù)采集agent。接口agent與用戶交互，路由agent負責(zé)能源效率的數(shù)據(jù)傳輸。查詢agent為agent與路由agent之間的協(xié)作提供便利的接口，并負責(zé)建立優(yōu)化計劃，以實現(xiàn)其預(yù)定目標(biāo)。接口agent和查詢agent放置在資源豐富的基站，因為它們需要計算密集操作。數(shù)據(jù)采集agent負責(zé)采集，篩選和格式化傳感器的數(shù)據(jù)。提供MAS架構(gòu)和設(shè)計，使它們在WSNs中能夠協(xié)調(diào)和溝通，彼此之間相互傳輸和匯總數(shù)據(jù)。
三、與展望
隨著WSN商業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，WSN研究面臨的挑戰(zhàn)也日益嚴(yán)峻。單個的能源、功率、功能均受限的傳感器節(jié)點需要協(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)作研究僅僅局限在一些具體問題上，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：
[1]孫利民、李中建、陳渝等，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[2]于海斌、曾鵬，智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[M]．北京：科學(xué)出版社，2006:212-222.
[3]谷建華、沈沉、彭力靜、李志剛，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)描述方式的研究與比較，應(yīng)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，楊少軍，侯蓉暉，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作信號信息處理技術(shù)研究，信息與控制，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.
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