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双无线传感器中的端到端路由

摘要:双无线,双处理器结点是一种新型的无线传感器网络设备,它除了能增强计算性能外还保证在能量较低时能正常运行,而且为应用提供通信带宽。在此系统中,次级无线设备和处理器在功率极低的情况下也可以正常运行,而主处理器和高带宽的无线设备可直到有应用程序来触发它时才会被启动。除了合理的使用、管理能量效率的网络外,通过利用主处理器和主无线设备也可以激活应用程序。次级无线设备提供了一种不变的多级跳跃网络。而在原始网络的路径中只是在需要的时候才存在。本论文描述了一种拓扑控制机制,该机制为了一个双射频结点的网络建立一条端到端的路径,并使用次级无线电作为一种控制渠道,根据其路径的需要,有选择性地唤醒结点。通过使用与测试实验数据一样的数值模型,我们可以看出,与其他可行的方案相比,我们的方案可以节省超过60%的能量,而其它方案不同程度地会产生延迟。
引言
应用需求的不断增长,加之低功率硬件设计的进步,人们已经越来越多地使用更强大的传感器结点。除了32位的CPU外,这些结点还包括精密的外围设备、。正像一排由低到高的建筑物一样,32位结点被使用在一个类似的无线传感网络部署中,以便与基于微控制的WSN设备一起操作。
当这些32位结点被使用在由低到高的建筑物中时,他们必须和基于微控制结点的网络通信(典型的有8位或者16位)。为此,新一代的32位结点,例如“跳”结点包括一个带电的低功率微控制器和一个次级,低带宽的无线电设备。因此,这些结点不但能进行排列计算,而且还能排列无线网络。如果当一个结点有多个带有不同通信性和功率性能无线电时,那么问题就出现了:这样一个多重的无线系统应如何被应用到最有效的能量和应用需求上呢?根据每个bit位传输的能量来说(例如,.4中的979nJ/bit相反),这个结点在工作时相对低带宽的无线设备具有比较高的能量利用率,这一点很重要。然而,更大的无线设备也有较高的传输成本和不必要的能量的消耗,甚至是低带宽无线设备的10倍以上。因此,如果传送的数据很少或者没有的话,使用高带宽的无线设备反而会产生相反的效果。那么为了降低能耗,应该避免使用高带宽的无线设备。仅当有海量数据传送时才激活它。另一方面,低带宽的无线设备能量利用率较低,但同时耗能也低,同时能很快从休眠状态切换到活跃,发送必要的数据,然后恢复到原来状态。因此,传输少量的数据和一段时间内一直保持“警醒”一样,都是理想化的状态,尤其是当采用像低功率侦听一样的技术时。
在一个维持主结点CPU和为了保存能量而进行工作循环的高带宽无线设备中,这种端到端的路径永远都不会存在。在研究模式存在现象的传感器网络应用中,这个问题可能要么通过一种静态调度算法要么通过适配算法来解决,这两个算法使用在结点交互的地方,目的是保证他们的唤醒时间是同步,同时为了完成其他低工作循环的协调功能。然而,当这样的模式不存在时,它也可能不会去了解,正如在一个地震检测时,或者一个入侵检测中需要一个及时的事件通知,一个周期性的唤醒算法可能永远不会在比较低的反应时间去执行。
为了给如上所述的应用的需求加一个地址,我们提出端到端的路由,它能使用警戒,低功率的,触发部分因为阻塞而停止工作的高带宽无线设备。在多重无线电设备系统中,前期工作的核心是使用高性能的不同的无线电设备,使用低带宽的无线电设备来发现资源,正如一个完成网络功能的控制渠道一样,如:接入点联合和调度传输。
然而,就我们现在所掌握的知识,还没有人找到使用低带宽的无线电设备为高带宽的无线电设备建立一个端到端的多跳路径。在我们所提出的方法中,每个结点使用自身的低带宽无线电设备来连接一个叫做拓扑控制器的特定的结点并请求一个端到端路径到另一个特别的目的地。然后这个控制器决定让哪个结点根据路由路径去唤醒建立在缓存中的消息并且再一次使用低带宽无线电设备发送合理的请求到其他结点。当结点收到这个唤醒请求时,他们将启动CPU和高带宽无线电设备以便让端到端的数据开始传送。
本论文主要介绍一种端到端路由的新方法,这种方法在一个有阶梯,双射频的网络中,能优化性能,并能使低带宽的无线电设备触发高带宽的无线电设备。我们的创新点在于对每一个路由拓扑使用不同的路由协议,因而减轻了匹配拓扑的需要。我们运用了分析和实验来证明这种方法的优点,同时得出的结论是我们所提出的提前建立路径来激活结点的算法与其他可行方案比能减少超过60%的能量消耗,而其他可行的方案在应用延时中适当会增加能耗。表I概述了我们方案。
此文内容概述
II 用于双射频、无线传感器的端到端路由不同方法
为了解决在LEAP层次结点上建立一条端到端路径这个