无线传感器网络的按需被动监测技术研究

摘要

被动监测技术通过部署少量监测设备，捕获无线传感器网络中传输的数据包。这些数据包经过分析处理，可以还原出用于评价网络协议性能的传输时延等指标。研究人员依据这些指标，设计更高效稳定的无线传感器网络协议。
　　在基于被动监测的协议性能评估中，传输时延等性能指标的准确程度很大程度上取决于被动监测过程是否捕获了足够的数据包。若大量数据包未被监测设备捕获，则被动监测所反映出的性能指标可能与真实情况差异较大。本文研究如何通过改进被动监测技术，利用给定数量的监测设备捕获更多数据包。
　　我们注意到，现有的无线传感器网络被动监测技术在监测设备的部署及信道调整方面存在一些不足。首先，监测设备的部署只做到了节点级的覆盖，未考虑各节点传输需求在数量上的差异，没有实现数据包级别的覆盖。其次，监测设备在运行时仅按照较长的时间窗口来调整监测信道，未考虑短时间内传输需求在各个信道交替出现的情况。
　　针对现有工作的上述问题，我们从监测设备部署、信道选取两方面具体研究被动监测技术，并提出了按需被动监测的概念。所谓按需被动监测，是指首先经历一定的探索过程，感知各节点、各信道的数据包传输需求（即监测需求）。然后针对这些传输需求量身定制监测设备部署方案、监测设备信道调整方案。
　　按需被动监测技术包括以下两方面的内容：
　　第一，监测设备位置的按需选取机制。首先，使用节点级覆盖的监测设备位置选取算法，部署部分监测设备，用以感知各节点的监测需求。然后，使用监测设备按需增量部署策略，针对数据传输需求量大或当前覆盖不佳的节点，进一步部署若干监测设备，实现数据包级别的监测设备覆盖。
　　第二，监测设备信道的按需选取机制。首先，基于已捕获数据包感知各信道在未来一小段时间的监测需求。然后，通过按需调度监测设备的信道，实现监测设备的多信道复用。
　　实验结果表明，本文提出的按需被动监测技术与传统的被动监测技术相比，具有更高的数据包捕获率，能够更准确地还原数据包的传输时延等网络性能指标。