WSN不同于传统数据网络,设计与实现的性能决定了WSN的可用性,主要体现在以下几个方面:
1.生命周期
WSN的生命周期指的是从网络开始工作到节点能源耗尽不能为观察者提供数据信息中间所间隔的时间,通常生命周期越长越好。影响传感器网络生命周期的因素很多,既包括硬件因素也包括软件因素,需要进行深入研究。其中硬件因素包括CPU、存储器、无线通信模块的能耗,软件因素包括通信协议栈的设计、基于应用的数据融合算法等。在设计传感器网络的软硬件时,必须充分考虑能源有效性,最大化网络的生命周期。
2.能源有效性
WSN的能源有效性是指在有限的能源条件下,WSN所能处理的最大的请求数量。由于WSN节点的电源能量极其有限,又因为它通常工作在危险或人们无法到达的环境中,所以在大多数情况下无法补充能量,网络中的传感器节点会由于电源能量耗尽而失效或废弃,这就要求在WSN运行的过程中,每个节点都要最小化自身的能量消耗,获得最长的工作时间,因而WSN中的各项技术和协议的使用一般都以节能为前提,必须将能源有效性放在路由协议设计的第一位。
3.实时性
实时性指的是WSN对事件的响应时间长短,响应时间越短,实时性越好。WSN的应用大多要求有较好的实时性。例如,目标在进入监测区域之后,网络需要在一个很短的时间内对这一事件做出响应,若其反应的时间过慢,则可能目标已离开监测区域,从而使获取的数据失效。又如,车载监控系统需要在很短的时间内就读一次加速度仪的测量值,否则无法正确估计速度,导致交通事故,这些应用都对WSN的实时性设计提出了很大的挑战。
4.可扩展性
WSN可扩展性表现在传感器数量、网络覆盖区域、生命周期、时间延迟、感知精度等方面的可扩展极限。给定可扩展性级别,WSN必须提供支持该可扩展性级别的机制和方法。目前不存在可扩展性的精确描述和标准,还需进一步的深入研究。例如,WSN通常应用于一些比较大型的环境场所,因此可能会用到成千上万个节点,所以WSN的路由设计要求可以较好地满足节点之间的相互协作,即要求网络具有良好的可扩展性。
5.安全抗干扰(www.daowen.com)
WSN具有严格的资源限制,需要设计低开销的通信协议,同时也会带来严重的安全问题。由于传感器节点有些会设置在室内,也有许多会设置在室外,会在各种环境下部署节点,所以节点必须具备良好的抗干扰能力,要求现场环境可能极寒冷、极炎热、极干或极湿等恶劣条件都不能对节点的感知产生影响,也不能对节点内的电路运作产生影响,同时也不能对节点间的信息传递产生影响。以上要求就相当考验节点的设计,不仅要考虑节点的外壳设计,还要考虑内部电路的设计。因此,如何使用较少的能量完成数据加密、身份认证、入侵检测及在破坏或受干扰的情况下可靠地完成任务,都关系到WSN的效用。
6.感知精度
WSN的感知精度是特别重要的一个指标,它是指观察者接收到的感知信息的精度。传感器的感知能力、节点的信息处理方法、网络通信协议、通信能力等都对感知精度有所影响。感知精度、实时性和能量消耗之间具有密切的关系。在传感器网络设计中,需要权衡三者的得失,使系统能在最小能源开销条件下最大限度地提高感知精度和实时性。
7.相互协作
由于单个传感器节点的能力有限,往往不能单独完成对目标的测量、跟踪和识别工作,而需要多个传感器节点采用一定的算法通过交换信息,对所获得的数据进行加工、汇总和过滤,并以事件的形式得到量终结果,数据的协作传递过程中涉及网络协议的设计和节点的能量消耗问题,也是衡量整个WSN有效性的指标之一。
8.容错性
WSN中的传感器经常会由于周围环境或电源耗尽等原因而失效。而由于环境或其他原因,维护或替换失效的传感器常常是十分困难或者不可能。因此WSN的软硬件必须具有很强的容错性,以保证系统具有高强壮性。当网络的软硬件出现故障时,系统能够自动调整或自动重构。
上述性能指标不仅是评价WSN的标准,也是WSN优化设计的目标。这些指标相互之间存在一定的关系,需要根据不同的应用需求,在它们之间做出一定平衡,从而达到整体最优。
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