閻　蕾

[摘要]無(wú)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(guò)介紹無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作技術(shù)，對(duì)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。

[關(guān)鍵詞]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 協(xié)作 Agent

中圖分類號(hào)：TP7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0320029－01

一、引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）包含大量智能傳感節(jié)點(diǎn)，分布在大范圍地理區(qū)域內(nèi)，近似實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得詳盡準(zhǔn)確的信息傳送給用戶。WSN以其監(jiān)測(cè)精度高、布設(shè)靈活性強(qiáng)、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，在軍事偵察、工業(yè)控制、交通監(jiān)管、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

由于單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信、處理和感知能力有限，無(wú)法處理大規(guī)模復(fù)雜問(wèn)題，多數(shù)情況下不能獲取網(wǎng)絡(luò)全局信息，傳感節(jié)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(hào)與信息的協(xié)同。資源的協(xié)同和信號(hào)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(duì)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)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作技術(shù)研究熱點(diǎn)

（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(duì)任務(wù)功能進(jìn)行描述和對(duì)參與任務(wù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行描述。根據(jù)WSN的特點(diǎn)，感知任務(wù)可以從面向應(yīng)用和面向任務(wù)分配兩個(gè)角度加以描述。

文獻(xiàn)[3]分析比較了當(dāng)前具有代表性的幾種無(wú)線傳感器網(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SQL查詢語(yǔ)言描述等。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(duì)任務(wù)進(jìn)行描述。

（二）協(xié)作信號(hào)處理

協(xié)作信號(hào)信息處理協(xié)作信號(hào)信息處理（collaborative signal and informasion processing，CSIP）技術(shù)。文獻(xiàn)[4]描述了CSIP針對(duì)WSN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)表達(dá)、存儲(chǔ)、傳輸和處理等方面研究新的方法和算法來(lái)滿足應(yīng)用對(duì)信息精度、網(wǎng)絡(luò)節(jié)能、低延遲、可擴(kuò)展和高可靠的要求。

文獻(xiàn)[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，接著結(jié)合功能框架，歸納并總結(jié)目前已有的主要方法。CSIP基于節(jié)點(diǎn)間的協(xié)商和合作，選擇合適的傳感節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作，平衡節(jié)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(qū)動(dòng)機(jī)制、節(jié)點(diǎn)選擇、處理地點(diǎn)、時(shí)機(jī)和算法等問(wèn)題。

（三）協(xié)作時(shí)間同步

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用通常需要一個(gè)適應(yīng)性比較好的時(shí)間同步服務(wù)，以保證數(shù)據(jù)的一致性和協(xié)調(diào)性。時(shí)間同步是同步分布式數(shù)據(jù)感知和控制所必需的。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)、通信、安全、電源管理和分布式登陸等，都依賴于現(xiàn)有的全局時(shí)間。

文獻(xiàn)[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(zhǔn)節(jié)點(diǎn)按照相等的時(shí)間問(wèn)隔發(fā)出多個(gè)同步脈沖，其周圍單跳節(jié)點(diǎn)接收后依據(jù)這一系列個(gè)脈沖的發(fā)送時(shí)刻估算出時(shí)間基準(zhǔn)節(jié)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(hào)會(huì)擴(kuò)散至周圍單跳節(jié)點(diǎn)。如此重復(fù)下去，最終網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)同時(shí)發(fā)出同步脈沖，即達(dá)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(shí)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(xí)、通信和協(xié)作等。

agent利用局部信息進(jìn)行自主規(guī)劃，通過(guò)規(guī)劃推理解決局部沖突以實(shí)現(xiàn)協(xié)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體目標(biāo)。Agent體系結(jié)構(gòu)、交互語(yǔ)言、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(xiàn)[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(fù)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(fù)責(zé)建立優(yōu)化計(jì)劃，以實(shí)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?yàn)樗鼈冃枰?jì)算密集操作。數(shù)據(jù)采集agent負(fù)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(jì)，使它們?cè)赪SNs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、總結(jié)與展望

隨著WSN商業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，WSN研究面臨的挑戰(zhàn)也日益嚴(yán)峻。單個(gè)的能源、功率、功能均受限的傳感器節(jié)點(diǎn)需要協(xié)作完成任務(wù)。針對(duì)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?jī)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(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

閻蕾，男，河北保定人，華北電力大學(xué)（保定）計(jì)算機(jī)系，助教。