无线传感器网络性能监测技术与系统研究摘要：探讨了无线传感器网络性能监测中存在的问题与挑战，着重研究当前具有代表性的监测系统并分析其主要特点，最后指出了需要进一步研究的方向。??关键词：无线传感器网络；网络性能监测；网络管理：TP393；TP277文献标志码：A：1001－3695(2007)08－0005－03微机电系统(micro??electro??mechanismsystem，MEMS)、无线通信和数字电子技术的进步孕育出一种全新的信息获取和处理技术――无线传感器网络(wirelsssensornetworks,WSN)[1]。WSN是由能量、计算、感知和无线通信能力受限的众多微型节点组成。节点间通过自组织方式构成的WSN对周围环境进行分布与协作式感知，架起了计算机世界与真实物理世界的桥梁[2,3]。??近年来随着研究的深入与技术的成熟，以应用为背景、基于WSN的试验越来越多地涌现出来，WSN正处于从研究到应用的过渡阶段[4]。现在虽然有很多针对WSN的仿真平台[2]，但现实环境中存在各种不可预料的影响因素或系统本身的错误，导致WSN实际部署后的行为有时会与预期行为有很大偏差[5]。为了使WSN更加可靠、有效地运行，需要对其进行管理，从而依据不同的具体情况对网络运行进行调整，在各种性能指标中作出权衡，以得到最大的总体性能。网络管理包括网络性能监测和网络维护。网络监测在WSN管理中地位至关重要[6]。通过网络监测可以发现网络中节点失效、资源消耗以及其他错误或异常。这些信息可以作为早期系统预警、节点再次部署等网络维护时的依据，同时也可以帮助排除系统故障[7,8]。如何高效、准确和快速地获得网络各个层次的信息是WSN监测技术需要研究的问题。??1无线传感器网络监测中的问题与挑战??正如大多数分布式系统一样，具备一种底层的支持来指示网络运行中失效节点、资源消耗以及系统综合性能对于WSN相当重要[8]。但是作为一种新型的网络，WSN又具有其自身的特点，所以传统分布式系统收集加集中处理的监测手段对于WSN并不适用。以下将从WSN的特点分析其网络监测中存在的问题与挑战：??a)从分布式系统的角度来看，WSN是节点数量众多且能量和传输带宽高度受限的分布式系统。在传统分布式系统中，由于网络中的每个节点都很重要，需要监测每个节点的状态信息；然而在WSN中单个节点的重要性降低。因此传统的逐个采集集中式处理方式(如SNMP管理方式)对于WSN来说已不再适用。??考虑到WSN的能量与带宽约束特性，为了以较低的能量开销来获得网络中的状态信息，需要在收集信息的过程中进行分布式处理。在节点众多的WSN中，由于单个节点的重要性降低，众多节点需协作才能完成任务。如何对多个节点状态信息的聚合或怎样从多个节点中选择具有代表性的节点收集网络状态信息变得十分有意义。文献[7]通过聚合的方式在监测网络中节点剩余能量信息精度与系统开销之间进行了平衡。文献[9]从图像处理的角度对如何选择采样点从而高效准确地收集网络中信息的问题进行了研究。这些都说明了分布式处理在WSN中网络监测的重要性。b)从嵌入式系统的角度来看，作为一种具有嵌入式特性的网络，WSN中的节点都是资源受限的嵌入式设备。这使得传统相对复杂的监测程序和通信协议不再适用于WSN。??作为嵌入式系统，WSN中每个节点的可利用资源（计算资源、存储空间、传输带宽和能量）十分有限。传统网络监测日志、字符串形式的属性查询在WSN中均不适用。因此，有必要优化信息的表示与存储方式，简化通信协议从而将资源的消耗降至最低。文献[5]在其网络协议设计中提出了在编译时对信息再编码的方法，大大降低了系统存储和通信开销。此外，文献[10]提出了主动监测概念，即在网络监测时只对重要的参数变化进行监测；通过主动监测可以避免无关信息的收集，节省了系统资源。所以，对于WSN监测，嵌入式设计与分布式处理同样重要。??c)从应用定制的角度来看，相对于传统网络WSN具有高度的应用定制特性。针对不同的应用场景，WSN在设计中会有很大的差异[4]。如何定义出描述WSN性能的指标参数以及设计出具有可扩展性的监测系统是WSN网络监测需要研究的一个重要问题。??在应用定制的WSN中，对于不同应用，管理者所关心描述网络性能的参数往往不同。因此，一方面应该找...