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RESUMEN
El reciente avance en las comunicaciones
inalámbricas y la electrónica ha habilitado el
desarrollo de redes de sensores económicos.
Las redes de sensores pueden ser usadas
para varias áreas de aplicación (ej., salud,
ejército, hogar). Para diferentes áreas de la
aplicación, hay diferentes técnicas de
transmisión que los investigadores están
resolviendo en la actualidad. El estado
actual del arte de las redes de sensores está
capturado en este artículo dónde se discuten
las soluciones bajo las secciones de capas de
protocolos relacionadas. Este artículo
también señala los puntos externos en los
problemas de la investigación y tiene la
intensión de crear nuevos intereses y
desarrollos en este campo.
INTRODUCCIÓN
Los
recientes
adelantos
en
las
comunicaciones inalámbricas y electrónica
han capacitado el desarrollo de dispositivos
de bajo costo, baja potencia, nodos
multifuncionales de sensores que son
pequeños en tamaño y se comunican en
cortas distancias. Estos diminutos nodos de
sensores, los cuales permiten procesar datos,
y comunicar componentes, influencian la
idea de redes de sensores. Las redes de
sensores representan una significante mejora
por encima de los sensores tradicionales.
Una red de sensores está compuesta de un
gran número de nodos de sensores que están
densamente
desplegados
dentro
del
fenómeno o cerca de el. La posición de
nodos de sensores no necesitan ser
diseñados o predeterminados. Esto permite
desplegarlos al azar en terrenos inaccesibles.
Por otro lado, esto también significa que los
protocolos de red de sensores y algoritmos
deben poseer la mismo-organización y
capacidades. Otro rasgo único de red de
sensores es el esfuerzo cooperativo de los
nodos de sensores. Los nodos de sensores
son capaces de colocarse con un procesador.
En lugar de enviar los datos crudos a los
nodos responsables para la fusión, ellos usan
sus habilidades procesando para llevar a
cabo una simple comunicación y transmiten
solamente lo requerido y datos parcialmente
procesados.
Las características anteriormente descritas
aseguran un amplio rango de aplicaciones
para las redes de sensores. Algunas de las
áreas de aplicación son: salud, ejército, y
hogar. En el ejército, por ejemplo, el
despliegue rápido, propia organización, y
características de tolerancia a fallas hacen a
las redes de sensores una técnica
prometedora para el control militar, control,
comunicaciones, informática, inteligencia,
vigilancia, reconocimiento, y designación de
sistemas. En salud, nodos de sensores
pueden también ser desplegados para
monitorear pacientes y asistencia a
inválidos. Algunas otras aplicaciones
comerciales incluyen manejo de catálogos,
monitoreo de calidad de productos, y
monitorea en áreas de desastre.
La realización de éstas y otras aplicaciones
de redes de sensores requieren técnicas de
redes ad hoc inalámbricas. Aunque muchos
protocolos y algoritmos han sido propuesto
para redes ad hoc inalámbricas tradicionales,
ellos no han satisfecho bien las
características y requisitos de la aplicación
de redes de sensores. Para ilustrar este
punto, las diferencias entre redes de sensores
y redes ad hoc son:
• El número de nodos de sensores en una red
de sensores puede variar en un numero
maMEr que los nodos en una red ad hoc.
• Los nodos de sensores son densamente
desplegados.
• Los nodos de sensores son propensos a
fallas.
• La topología de una red de sensores
cambia muy frecuentemente.
• Los nodos de sensores principalmente
utilizan una comunicación broadcast,
mientras que las redes ad hoc están basado
en comunicaciones punto a punto.
• Los nodos de sensores están limitados en
potencia, capacidad computacional y
memoria.
• Los nodos de sensores no pueden tener
identificación global (ID) debido al gran
tamaño de overhead y al gran número de
sensores.
Muchos investigadores están actualmente
comprometidos desarrollando dispositivos
en vías de desarrollo que cumplen estos
requisitos.
En este artículo nosotros no presentamos un
estudio de protocolos y algoritmos
propuestos así para las redes de sensores.
Nuestro objetivo es proporcionar un claro
entendiendo de los problemas de la
investigación actual que está surgiendo en
este campo. Nosotros también intentamos
una investigación en lo concerniente al
diseñorelacionado con el uso de ciertas
herramientas para encontrar complementos
de diseño.
El resto del artículo es organizado como
sigue. Nosotros discutimos la arquitectura de
comunicación de las redes de sensores así
como los factores que influencian el diseño
de una red de sensores. Nosotros
proporcionamos una investigación detallada
de propuestas actuales en las capas fisica,
enlace de datos, red, transporte, y
aplicación,
respectivamente.
Nosotros
entonces concluimos nuestro artículo.
ARQUITECTURA DE COMUNICACIÓN
DE REDES DE SENSORES
Los nodos de sensores normalmente se
esparcen en un campo sensor como se
muestra en la Fig. 1. Cada uno de estos
nodos de sensores esparcidos tienen la
capacidad para recoger datos y enviarlos al
sink. Los datos son enviados al sink por un
multihop de una arquitectura de menor
infraestructura como se muestra en Fig. 1.
El sink puede comunicar con el nodo de
carga de administración vía Internet o
satélite. El diseño de las redes de sensores
como se describe en la Fig. 1 se influencia
por muchos factores, incluyendo fallas en la
tolerancia, estabilidad, costo de producción ,
operación ambiental, topología de redes de
sensores,
contención
del
hardware,
transmisión media y consumo de potencia.
FIG.1
FACTORES DE DISEÑO
Los factores de diseño se dirigió por muchos
investigadores en este artículo. Sin embargo,
ninguno de estos estudios tiene una vista
totalmente integrada de todos los factores
del diseño en las redes de sensores. Estos
factores son importantes porque sirven
como pauta para diseño de protocolos o
algoritmos para las redes de sensores.
Además, estos factores pueden influenciar
para comparar los diferentes esquemas.
Error de tolerancia.- Algunos nodos de
sensores pueden fallar o bloquearse debido a
la falta de potencia, o tiene daño físico o
interferencia medioambiental. El fracaso
debido a nodos de sensores no afecta la tarea
global de la red de sensores. La tolerancia
de error es la habilidad de sostener las
funciones de la red de sensores sin alguna
interrupción debido a los fracasos de un
nodo sensor [1, 2]. La fiabilidad Rk(t) o la
tolerancia de la falta de un nodo sensor se
planea en [2] usando la distribución de
Poisson para capturar la probabilidad de no
tener un fracaso dentro del intervalo (0, t):
 kt
Rk(t)= e
(1)
donde λk es la probabilidad de fracaso de
nodo sensor k y t es el periodo de tiempo.
Escalabilidad- El número de nodos de
sensores desplegados en estudio puede estar
en el orden de centenares o miles.
Dependiendo de la aplicación, el número
puede alcanzar un valor extremo de
millones. Los nuevos esquemas deben ser
capaces de trabajar con este número de
nodos. Ellos también deben trabajar con la
alta densidad de redes de sensores. La
densidad puede ir de pocos nodos de
sensores a unos pocos cientos de nodos de
sensores en una región, qué puede estar a
menos de 10 m de diámetro. La densidad µ.
puede calcularse según [3] como:
µ(R)= (N*π*R 2 )
(2)
donde N es el número de nodos de sensores
esparcidos en la región A, y R es el rango de
radio de transmisión. Básicamente, µ(R) da
el número de nodos dentro del radio de
transmisión de cada nodo en la región A.
Costos de producción - Desde que las redes
de sensores consisten de un gran número de
nodos de sensores, el costo de cada nodo es
muy importante justificar para el costo
global de la red. Si el costo de la red es más
caro
que
desplegar
los
sensores
tradicionales, la red de sensores no está
justificada por su costo. Como resultado, el
costo de cada nodo sensor tiene que ser bajo.
La tecnología innovadora para sistemas de
radio Bluetooth permite un costo menor a
US$10 [4]. También, el precio de un
piconodo está designado acostar menos de
US$1. Para ser factible el costo de un nodo
sensor por regla es mucho menor a US$1
para la red de sensores. El costo de
Bluetooth, que se conoce que es bastante
económico, inclusive es 10 veces más caro
que los precios destinados para un nodo
sensor.
Conformación de hardware - Un nodo
sensor
está
compuesto
de
cuatro
componentes básicos, como se muestra en la
Fig. 2: una unidad sensora, una unidad de
proceso, una unidad del transrecibidor, y una
unidad de potencia. Ellos pueden también
tener adicionalmente componentes de
aplicación dependientes como una dirección
para encontrar al sistema, fuente de
potencia, y movilizador. Las unidades
sensoras están usualmente, compuestas de
dos subunidades: los sensores y los
conversores analógico-digitales (ADCs). Las
señales analógicas producida por el sensor
que se basan en el fenómeno observado son
convertidas a señales digitales por el ADC, y
entonces alimentadas a la unidad de
procesamiento. La unidad de proceso, que es
generalmente asociada con una pequeña
unidad de almacenamiento, maneja los
procedimientos que hace que el nodo sensor
colabore con los otros nodos para llevar a
cabo la tarea sensora asignada. La unidad
del transrecibidor conecta el nodo a la red.
FIG. 2 L en os componentes de un nodo sensor
Uno de los componentes más importantes de
un nodo sensor es la unidad de poder. Las
unidades de potencia pueden estar apoyadas
por unidades de potencia como células
solares. Hay también otras subunidades que
dependen de la aplicación. Muchos de las
redes de sensores dirigen técnicas y se dan
cuenta de las tareas que requieren
conocimiento de una situación con alta
exactitud. Así, es común que un nodo sensor
tenga una ubicación para hallar al sistema.
Un vigilante puede alguna vez necesitar
moverse a los nodos sensores cuando se le
exige llevar a cabo las tareas asignadas.
Todos estas subunidades pueden necesitar
encajar en un módulo de fosforera ajustado
[5]. El tamaño requerido puede ser más
pequeño que incluso un centímetro cúbico
[6], que es bastante pequeño para
permanecer suspendido en el aire. Aparte
del tamaño, hay un poco de otras varias
conformaciones para los nodos sensores.
Estos nodos que se muestra en [7] consumen
muy baja potencia, operan en altas
densidades volumétricas, tienen bajos costos
de producción, son dispensables y
autónomos, operan solos, y son adaptables al
ambiente.
Topología de la red de sensores – De
cientos a varios miles de nodos se despliega
a lo largo del campo de los sensores. Ellos
se despliegan rígidos de pie al alcance de
otros [5]. La densidad de de nodos pueden
ser tan alta como 20 nodos/m3 [8].
Desplegando un número alto de nodos con
mucha densidad se requiere un manejo
cuidadoso y mantenimiento de la topología.
Nosotros
examinamos
problemas
relacionados al mantenimiento de la
topología y cambiamos en tres escalones:
* Fase de predesplieguen y despliegue: Los
nodos sensores pueden ponerse en masa o
pueden ponerse uno por uno en el campo del
sensor. Ellos pueden desplegarse dejando
caer de un plano, el rescate en una cáscara
de la artillería, cohete, o proyectil, y pueden
ponerse uno por uno por un humano o un
robot.
* Fase Post-despliegue: Después del
despliegue, los cambios de la topología son
debidos al cambio en los nodos sensores [5]
la posición, capacidad de alcance (debido a
bloqueos, ruido, obstáculos en movimiento,
etc.),
energía
disponible,
mal
funcionamiento, y otros detalles.
* Fase de redesplazamiento adicional de
nodos: Los nodos sensores adicionales
pueden en cualquier momento ser re
desplazados para reemplazar los nodos
defectuosos debido a los cambios en la
dinámica d u e la tarea.
El ambiente - Nodos sensores son
densamente desplegados muy íntimamente o
directamente dentro del fenómeno para ser
observado.
Por
consiguiente,
ellos
normalmente trabajan desatendidos en áreas
geográficas remotas. Ellos pueden estar
trabajando en el interior de maquinaria
grande, al fondo de un océano, en un campo
biológicamente
o
químicamente
contaminado, en un campo de batalla más
allá de las líneas enemigas, y en una casa o
edificio grande.
Medios de transmisión- En una red de
sensores de múltiples altos, los nodos se
comunican por un medio inalámbrico. Esto
puede conseguirse por radio, infrarrojo, o
medios de comunicación ópticos. Habilitar
funcionamiento global de estas redes, el
medio de la transmisión escogido debe estar
disponible mundial.
Mucho del hardware actual para nodos de
sensores está basado en circuitos de diseño
de RF. El µAMPS el nodo sensor
inalámbrico describito en [8] usa un
transrecibidor
2.4
GHz
Bluetooth
compatible con un sintetizador de frecuencia
integrado. El dispositivo de sensor de baja
potencia descrita en [9] usa un solo
transrecibidor de RF que opera a 916 MHz.
Los arquitectura Sensores de Red Integrados
Inalámbricos (WINS) [6] también usa los
enlaces de radio para la comunicación.
Otro posible modo de comunicación en las
redes de sensores es el infrarrojo. La
comunicación infrarroja es de licencia libre
y robusta a la interferencia de los
dispositivos eléctricos. Los transrecibidores
basados en infrarrojos son más baratos y
más fáciles de construir. Otro desarrollo
interesante es la partícula del Polvo
Inteligente [7] que es un sensor autónomo
mientras está computando, y sistema de
comunicación óptico para la transmisión.
Infrarrojo y óptico requieren una línea de
vista entre el transmisor y receptor.
El consumo de potencia - El nodo sensor
inalámbrico, mientras sea un dispositivo
microelectrónico, sólo puede equiparse con
una fuente de poder limitada (<05 Ah, 1.2
V). En algunas partes de la aplicación, los
requerimientos de recursos de potencia
podrían ser imposibles. Por consiguiente, el
nodo de sensor tiene una dependencia fuerte
del consumo de potencia la batería. En un
multihop, red de sensores ad hoc, cada nodo
juega el papel dual de transmisor de los
datos y receptor de los mismos. Los
desperfectos de nodos pueden causar que
cambie significativamente la topología y
podría requerir redireccionamiento del
medio óptico. Tiene importancia adicional,
la conservación de la potencia y
direccionalidad. Es por estas razones que
investigadores
se
están
enfocando
actualmente en el diseño de protocolos
conscientes de la potencia y algoritmos para
las redes de sensores.
La tarea principal de un nodo sensor en el
campo del sensor es descubrir los eventos
locales
rápidamente,
y
entonces
transmitirlos. El consumo de potencia puede
estar dividida en tres dominios: sensorial la
comunicación, y proceso de los datos.
PILA DE PROTOCOLOS
La pila protocolar usada por el sink y nodos
sensores se muestra en la Fig. 1 y en la Fig.
3. Esta pila protocolar combina la potencia y
asignación de ruta, integra los datos con red
de protocolos, comunicaciones potentes
eficientemente a través del medio
inalámbrico,
y
promueve
esfuerzos
cooperativos de nodos sensores. La pila
protocolar consiste de capa física, capa
enlace de datos, capa de red, capa
transporte, capa aplicación, plano de
administración de potencia, y plano de
dirección de movilidad, y plano de dirección
de tarea. La capa física dirige las
necesidades de simple pero robusta
modulación, transmisión, y las técnicas
receptoras. Desde que el ambiente es
ruidoso y los nodos sensores pueden ser
móviles, el protocolo de control de acceso al
medio (MAC) debe estar consciente del
poder y capaz de minimizar las colisiones
con las transmisiones de vecinos. La capa
red tiene el cuidado de tomar los datos
proporcionado por la capa transporte. La
capa transporte ayuda a mantener el flujo de
datos que el sensor transmitir a una red de
sensores si la aplicación lo requiere.
Dependiendo de las tareas sensoriales,
pueden construirse tipos diferentes de
software de aplicación y pueden usarse en la
capa aplicación. Además, la potencia,
movilidad, y dirección de la tarea limita la
potenciar, movimiento, y distribución de la
tarea entre los nodos sensores. Estos planos
ayudan a los nodos sensores a coordinar la
tarea sensorial y bajan el consumo de
potencia global.
El plano de administración de potencia se
maneja cómo un nodo sensor usa su
potencia. Por ejemplo, el nodo sensor puede
apagar a su receptor después de recibir un
mensaje de uno de sus vecinos. Esto evita
reproducir los mensajes. También, cuando el
nivel de potencia del nodo sensor es bajo, el
nodo sensor comunica a sus vecinos que está
bajo en potencia y no puede participar
enviando los mensajes. La potencia sensorial
restante está reservada. El plano de
dirección de movilidad descubre y registra el
movimiento de nodos sensores, para que una
ruta se mantenga siempre tras del usuario,
los nodos sensores pueden guardar la huella
de quiénes son sus vecinos. Sabiendo
quienes son los nodos vecinos, los nodos
sensores pueden equilibrar su potencia y uso
de una tarea.
Los planos de dirección y horarios de las
tareas sensoriales están equilibradas en una
región específica. No se exige que todos los
nodos sensores realicen una tarea sensorial
al mismo tiempo en esa región. Como
resultado, algunos nodos sensores realizan la
tarea más que otros dependiendo de su nivel
de potencia. Se necesitan los planos de
dirección de potencia para que los nodos
sensores puedan trabajar juntos de manera
eficaz, los datos son dirigidos por un sensor
móvil y conectan una red de sensores, y
parte de los recursos entre los nodos
sensores.
Fig 3. Pila de protocolos de redes de
sensores
LA CAPA FÍSICA
La capa física es responsable de la selección
de frecuencia, generación de frecuencia de
portadora, detención de señal, modulación, y
encriptamiento de los datos. Así, 915 MHz
industria científico-médica (ISM) se ha
sugerido ampliamente para las redes de
sensores. La generación de frecuencia y
detección de señal tiene más que ver con el
hardware subyacente y diseño del
transrecibidor y están más allá del alcance
de nuestro artículo. En la discusión
siguiente, nosotros nos enfocamos en la
propagación que efectúa la señal, eficacia de
potencia, y la modulación forman los
esquemas para las redes de sensores.
Se conoce bien que la gran distancia de la
comunicación inalámbrica puede ser cara, en
términos de la energía y complejidad de la
aplicación. En el diseño de la capa física
para red de sensores, la minimización de
energía asume una importancia significativa,
por encima de la propagación y efectos
desvanecimiento. En general, para el
rendimiento mínimo se exige transmitir una
señal potente por encima de una distancia d
que es proporcional a d n dónde 2 <=n <4.
El exponente n es más relacionado a cuatro
para las antenas bajas y canales cerca de
tierra [6], como es típico en la comunicación
de red de sensorial. Esto puede atribuirse a
la cancelación señalada parcialmente por un
raME reflejado a tierra. Los valores
mostrados en [10] indican que la potencia
empieza a caer exponencialmente con la
distancia y son más pequeñas para las
antenas
bajas.
Mientras
intentamos
resolverse estos problemas, es importante
que el diseñador sea consciente de
diversidad de situaciones y se aproveche de
esto al máximo. Por ejemplo, la
comunicación del multihop en una red
sensorial puede superarse eficazmente y la
pérdida del camino, si la densidad del nodo
es bastante alta. Similarmente, las
debilidades por las pérdidas por propagación
y límites de capacidad del canal pueden
variar, se puede utilizar el reuso de
frecuencia. Las soluciones de la capa físicas
energía-eficiencia
son
estudiadas
actualmente por los investigadores. Aunque
algunos de estos temas se han dirigido en la
literatura, todavía sigue siendo un dominio
inmensamente inexplorado las redes de
sensores inalámbricas. La discusión de
algunas ideas existentes sigue.
La opción de un esquema de modulación
bueno es crítica para la comunicación fiable
en una red de sensores. Esquema de
modulación Binaria y los M-aria se
comparan en [8]. Mientras un esquema de
M-aria puede reducir el tiempo de
transmisión enviando multiples bits por
símbolo, produce circuitería compleja y el
consumo de potencia de radio aumenta.
Estos parámetros de ocupación se formulan
en [8], y se concluye que bajo el startup las
condiciones dominantes se impulsan, el
esquema de la modulación binario es más
eficaz en energía. Una arquitectura de baja
potencia con espectro expandido se presenta
en [11]. Esta arquitectura de baja potencia
puede trazarse a un circuito integrado
(ASIC) para que mejore la eficacia.
Ultra wideband exagerado (UWB) o
impulso de radio (IR) se ha usado para el
radar en pulsos de banda base y está yendo a
otros
sistemas,
y
ha
impulsado
considerablemente el interés por las
aplicaciones de comunicación, sobre todo en
las redes inalámbricas interiores. UWB
emplea la transmisión de banda base y no
requiere intermedio o frecuencias de
portadora. Generalmente, la modulación por
posición de pulso (PPM) es utilizada. La
ventaja principal de UWB es su resistencia
al multipath [12]. Transmisión de baja
potencia
y
simple
circuitería
de
transrecibidor hace de UWB candidato
atractivo para las redes de sensores.
EMISION
ABIERTA
DE
INVESTIGACIÓN
La capa física es un área inexplorado en las
redes de sensores. El rango de problemas de
investigación abiertos de diseño del
transrecibidor potencia-eficacia y los
esquemas de la modulación:
Modulación esquemas: esquemas de
modulación simple y de baja potencia
necesitan ser desarrollados por las redes de
sensores. El esquema de modulación puede
ser cualquiera en banda base, como en
UWB, o pasa banda.
Estrategias para vencer
propagación de la señal.
efectos
de
Diseño de Hardware: Diminuto, baja
potencia,
transrecibidor
económico,
sensorial, y unidades de procesamiento
necesitan ser diseñadas. Algunas estrategias
para administrar la operación de frecuencias,
reducir la potencia de conmutación, y
predecir la carga de trabajo en procesadores.
LA CAPA ENLACE DE DATOS
La capa de enlace de datos es responsable de
la multiplexación del flujo de datos, como
detección de trama de datos, acceso al medio
y control de errores. Asegura conexiones
fiable punto a punto y punto a multipunto en
una red de comunicación. En las siguiente
dos subsecciones, discutiremos el control de
acceso y estrategias de control de errores por
redes de sensores
CONTROL DE ACCESO AL MEDIO
El protocolo MAC en un multihop
inalámbrico sensor debe lograr dos metas. El
primero es la creación de la infraestructura
de la red. Desde los miles de nodos de
sensores se esparce densamente un campo
sensorial, el esquema de MAC debe
establecer los enlaces de comunicación para
el traslado de los datos. Esto forma la
infraestructura básica necesaria para el salto
de comunicaciones inalámbricas para dar a
las redes sensores la misma habilidad de
organización.
El segundo objetivo es bastante y
eficazmente de acción para los recursos de
comunicación entre los nodos sensores.
Razones existentes para no poder utilizar
protocolos MAC.- - se ha dado énfasis en
secciones anteriores a que se necesitan
nuevos protocolos y algoritmos para hacer
un eficaz recurso único para restringir los
requisitos de la aplicación de las redes de
sensores. Para ilustrar el impacto de estas
restricciones, permítanos echar una mirada
más íntima a esquemas MAC en otras redes
inalámbricas y analizar porqué ellos no
pueden adoptarse en el escenario de las rede
de sensorial.
En un sistema celular, las estaciones base
forman un alambrado de backbone. Un nodo
móvil es un solo salto fuera de la estación
cercana más baja. Este tipo de red también
es llamado de infraestructura en la literatura.
La meta primaria del protocolo MAC en
tales sistemas es proveer calidad alta de
servicio (QoS) y eficacia de ancho de banda.
La conservación de potencia asume sólo
importancia secundaria que desde que las
estaciones base tienen el suministro de
potencia ilimitado y el usuario móvil pueden
cargar las baterías exhaustas en el
microteléfono. De, el elemento de acceso es
invariablemente inclinado hacia una
estrategia de asignación de recurso
especializada. Semejante esquema de acceso
es subsecuentemente impráctico para las
redes de sensores no hay ningún agente
central controlando la estación base. Esto
hace una tarea difícil para la sincronización
de la red extensa. Es más, una eficacia de
potencia influencia directamente la vida de
la red sensorial y es la primera en
importancia.
Bluetooth y la red ad hoc móvil (MANET)
son ablemente los pares más íntimos a las
redes de sensores. Bluetooth es un sistema
inalámbrico de baja infraestructura con corto
alcance, pensó reemplazar el cable entre los
terminales del dispositivos electrónicos con
los enlaces de RF - La topología de
Bluetooth es un trabajo estrella de precio
neto dónde un nodo del maestro puede tener
hasta siete nodos esclavos conectados a él
para formar un piconet. Cada piconet usa un
acceso múltiple por división de tiempo
(TDMA). La potencia de la transmisión está
típicamente alrededor de 20 dBm y el rango
de la transmisión está en el orden de decenas
de metros. El protocolo MAC en un
MANET tiene la tarea de formar la
infraestructura de la red y enfrentar la
movilidad. La meta primaria es la provisión
de QoS alto, bajo las condiciones móviles.
Aunque los nodos sean los dispositivos por
táctiles usados por una batería, ellos pueden
ser reemplazados por el usuario, y el
consumo de potencia es de importancia
secundaria.
En contraste con estos dos sistemas, la red
del sensores puede tener un número muy
grande de nodos. La transmisión de potencia
está en el orden de aproximadamente (0
dBm) y el rango de radio de un nodo sensor
es mucho menor que los alcances en
Bluetooth o MANET. Los cambios de
Topología son más frecuentes en una red de
sensores y pueden atribuirse a movilidad del
nodo. También puede esperarse que la
proporción de movilidad sea mucho más
baja que en MANET. La importancia
primaria de conservación de potencia para
prolongar la vida de la red en un medio de
red de sensores es maMEr que en el caso de
Bluetooth o MANET que pueden usar los
protocolos de MAC directamente.
MAC para redes de senso es res - Así
lejos, ambos se han propuesto la asignación
fija y versiones de acceso al medio [9, 13].
los esquemas Mac pueden estar basados en
la demanda de overhead, impropio para las
redes de sensores debido a su mensajería
grande y retraso de enlace. La conservación
de potencia se logra por el uso de modos de
funcionamiento salvadores de potencia y
prefiriendo las interrupciones a los
reconocimientos, dondequiera que sea
posible. Algunos de los protocolos MAC
propuestos se discuten luego.
El Control de Acceso al Medio
organizando para si mismo (SMACS) y el
Eavesdrop y algoritmo de registro (EAR)El protocolo de SMACS [13] logra startup
de la red y organización de la capa enlace, y
el algoritmo EAR habilitan la conexión del
sin intervención de nodos móviles en una
red del sensores. SMACS es un protocolo de
infraestructura distribuido que permite a los
nodos descubrir a sus vecinos y establecer
los tiempos de la transmisión/recepción para
la comunicación sin la necesidad de nodos
maestros globales. En este protocolo, se
combinan el descubrimiento del vecino y
fases de asignación de canal para que
cuando los nodos oigan a todos sus vecinos,
ellos hayan formado una red conectada. Un
enlace de comunicación consiste en un par
de slots de tiempo que operan escogidos al
azar pero a frecuencia fija (o secuencia de
salto frecuencias). Ésta es una opción
factible en el sensor que conecta una red de
sensores, desde que el ancho de banda
disponible es muy elevada la tasa de
transmisión de datos con la red de sensores.
Semejante esquema evita la necesidad de la
sincronización de la red extensa, aunque
comunicando a los vecinos es una necesidad
de la red el ser sincronizada en tiempo.
El protocolo EAR [13] intenta ofrecer el
servicio continuo a los nodos móviles bajo
las condiciones móviles y estacionarias.
Aquí, los nodos móviles asumen control
lleno del proceso de conexión y también
decide cuándo dejar caer las conexiones,
mientras se minimiza el overhead. EAR es
transparente a SMACS, para que SMACS
sea funcional se introduce la movilidad de
los nodos en la red. En este modelo, la red
está asumiendo ser principalmente estática,
cualquier nodo móvil tiene varios nodos
estacionarios en su vecindad. Un
inconveniente del esquema de slot (ranura)
de tiempo asignación es la nunca podrían
conectarse miembros que ya pertenecen al
subnets diferentes.
Acceso al Medio Basado en CSMA –
Acceso múltiple con escucha de portadora
(MAC CSMA) se basó el esquema MAC y
para las redes de sensores se presenta en [9].
Tradicionales esquemas basados en CSMA
no son propios. Al contrario, el protocolo de
MAC para las red de sensores debe poder
apoyar inconstante pero favorablemente
puso en correlación y dominantemente el
tráfico periódico. Cualquier esquema de
acceso elemento CSMA-basado tiene dos
componentes importantes, el mecanismo
escuchando y el esquema del backoff. Como
informado y basó en las simulaciones en [9],
la constante escucha los periodo son
energía-eficaces, y la introducción de retraso
del azar proporciona la robustez contra las
colisiones repetidas. Se recomiendan
ventana fija y los esquemas de backoff de
disminución exponenciales binarios para
mantener la limpieza proporcional en la red.
Un cambio de la fase al nivel de la
aplicación también se defiende para superar
cualquier efecto capturador. Se propone en
este trabajo que la energía consumió por la
unidad de comunicación exitosa puede
servir como un indicador bueno de eficacia
de energía.
Un control de proporción de transmisión
adaptable (el ARCO) esquema que logra la
limpieza de acceso elemento equilibrando
las proporciones de originar y ruta-por el
tráfico también se discute en [9]. Esto
asegura que los nodos no han terminado más
cerca al punto de acceso favorecidos esos
profundo abajo en la red. El ARCO controla
la proporción de origen de datos de un nodo
para permitir el ruta-a través del tráfico para
propagar. Un mecanismo de la señalización
progresivo se usa para informar los nodos
para bajar sus datos que originan la
proporción. El ARCO. los usos un aumento
lineal y el acercamiento de disminución
multiplicativo. Mientras el aumento lineal
lleva a la competición del canal más
agresiva,
la
disminución
controls
transmisión fracaso multa multiplicativa.
Desde dejar caer ruta-a través del tráfico es
más costoso, la multa asociada es menos de
que por originar el fracaso de transmisión de
datos. Esto asegura eso ruta-a través del
tráfico se prefiere encima de originar el
tráfico.
La naturaleza del computational de este
esquema lo hace más energía-eficaz que el
apretón de manos y el mensajería forma
planes usando la radio. El ARCO también
intenta reducir el problema de nodos ocultos
en una red del multihop constantemente
poniendo a punto la proporción de la
transmisión y la fase realizando cambia para
que los arroMEs periódicos probablemente
sean chocar repetidamente.
Híbrido basado en TDMA/FDMA - Este
esquema MAC centralmente controlado se
introduce en [8]. En este trabajo, se
investiga el efecto de electrónica de la capa
física no ideal en el plan de protocolos de
MAC para las red de sensores. Se asume que
el sistema es compuesto de nodos del sensor
energía-encogidos que comunican a una sola
estación de la base alto potencia cercana
(<10 m). Específicamente, la máquina que
supervisa aplicación de red de sensores con
los requisitos de latencia de datos estrictos
es considerada, y un TDMA-frecuenciadivisión híbrido el acceso múltiple (FDMA)
el esquema de acceso elemento se propone.
Mientras un puro esquema de TDMA dedica
el bandwidth lleno a un solo nodo del
sensor, un puro esquema de FDMA asigna el
bandwidth señalado mínimo por el nodo. A
pesar del hecho que un puro esquema de
TDMA minimiza el transmitir-adelante
tiempo, no siempre se prefiere la deuda a los
costos de sincronización de tiempo
asociados. Una fórmula analítica se deriva
en [8] para encontrar el número óptimo de
canals que dan el consumo de poder de
sistema más bajo. Esto determina que los
TDMA-FDMA híbridos forman planes para
ser usados. El número óptimo de canals se
encuentra para depender de la proporción
del consumo de poder del transmisor a eso
del receptor. Si el transmisor consume más
poder, un esquema de TDMA está
favorecido, mientras el esquema se apoya
hacia FDMA cuando el receptor consume
maMEr potencia. Entrar en la visión más
profunda de los rasgos salientes y
efectividad de protocolos MAC para las red
de sensores, nosotros presentamos una
apreciación global cualitativa en Tabla 1.
también sirve como un indicador para la
evaluación comparativa de algunos de los
esquemas MAC propuesta así en la
literatura. La columna tituló que el científico
de red de Sensor apunta para ilustrar los
nuevos e importantes rasgos en cada uno de
estos esquemas que habilitan su aplicación
en el dominio de red de sensor. Ellos
presentan las desviaciones y diferencias de
los esquemas de MAC tradicionales que solo
no sería aplicable. Nosotros también
perfilamos cómo cada uno de estos
esquemas logra la eficacia de potencia.
MODOS
SALVADORES
DE
POTENCIA DE FUNCIONAMIENTO
Sin tener en cuenta que el tipo de esquema
de acceso elemento se usa para las redes de
sensores, debe apoyar el funcionamiento de
poder ciertamente los modos salvadores para
el nodo del sensor. Los medios más obvios
de conservación de potencia son apagar el
transrecibidor cuando no se requiere.
Aunque el método que proporciona
aparentemente
que
gana
energía
significativa, un punto importante que no
debe pasarse por alto es ese nodos del sensor
comunican usando los paquetes de los datos
cortos. Como se explicó en una sección
anterior, más cortos paquetes, más la
dominación de energía del startup. De
hecho, si nosotros apagamos la radio
ciegamente durante cada slot, durante un
período de tiempo nosotros podríamos
terminar expendiendo más energía que si la
radio se hubiera salido adelante. Como
resultado, el funcionamiento en un modo
poder-salvador sólo es energía-eficaz si el
tiempo gastara en ese modo es un maMEr
que un cierto umbral. Puede haber varios
modos útiles de funcionamiento para el nodo
del
sensor
inalámbrico,
mientras
dependiendo del número de estados del
microprocesador, memoria, conversores
A/D(análogo-digitales), y transrecibidor.
Cada uno de estos modos puede
caracterizarse por overhead su consumo de
potencia y latencia así como son la potencia
de la transición. Un esquema de
administración de potencia dinámico para la
red de sensores inalámbricos se discute en
[14] donde se proponen cinco modos de
potencia-economía y se investigan las
políticas de transición de intermodo. El
tiempo umbral se encuentra dependiente de
los tiempos de la transición y el consumo de
potencia individual de los modos en
cuestión.
CONTROL DE ERROR
Otra función importante de la capa enlace de
datos es el control de errores de datos en la
transmisión. Dos modos importantes de
control del error en las redes de
comunicación son la corrección del error
hacia adelante (FEC) y demanda de
repetición automática (ARQ). La utilidad de
ARQ en las redes multihop de sensores
ambientes está limitada por la energía de la
retransmisión adicional costada y sobre la
cabeza. Por otro lado, la complejidad de
decodificación es maMEr en FEC desde que
las capacidades de corrección de error
necesitan ser construidas. Considerando
esto, los códigos de control de error simples
con la bajo-complejidad poniendo en código
y descifrando podrían presentar las
soluciones más buenas para las redes de
sensores. En la subdivisión siguiente,
nosotros repasamos las consideraciones del
plan básicas brevemente por FEC en las
redes de sensores.
Corrección de Error hacia adelante - la
fiabilidad del Enlace es un parámetro
importante en el plan de cualquier red
inalámbrica, y más así en las redes de
sensores, debido a la naturaleza imprevisible
y áspera de canals encontrada en los varios
guiones de la aplicación. A algunas de las
aplicaciones les gusta el rastreo móvil y
requieren supervisión la alta precisión de los
datos. La proporción de error en el canal
(BER) es un indicador bueno de fiabilidad
del enlace. El BER puede mostrarse para ser
directamente proporcional a la proporción
del símbolo Rs e inversamente proporcional
a ambos señal y ruido signo-a-ruido recibida
(SNR) (E /No) y el transmisor impulsa el
nivel de potencia de salida Pout.
La comunicación de datos fiables puede
proporcionarse aumentando el rendimiento
de potencia transmitida (Pout) o el uso de
FEC conveniente. Desde que un nodo del
sensor ha limitado los recursos de potencia,
la opción anterior no es factible. Nosotros
nos volvemos de FEC. Un BER dado puede
lograrse a baja potencia de transmisión
transmita con el uso de FEC. Sin embargo,
nosotros debemos tener en cuenta el proceso
adicional de potencia que entra en poner un
código y descifrarlo. Este poder del proceso
es arrastrado de los recursos limitados
poseídos por el nodo. Esto podría ser crítico
para las redes de sensores, aunque puede ser
despreciablemente pequeño en otras redes
inalámbricas. Si el proceso puede estar
asociado a la ganancia codificando, el
proceso entero es energía eficiente.
En [8], frecuencia no selectiva, Rayleigh
lento que se marchita el canal es supuesto, y
los códigos convolucionales FEC muestran
que la ventaja de consumo de energía por bit
útil muestra como incremento potencial de
código y es independiente de la proporción
del código. Es más, también se encuentra
que FEC es generalmente ineficaz si la
decodificación ha realizado usando un
microprocesador, y se recomienda un tablero
decodificador Viterbi. Para mejorar nuestro
conocimiento, otros esquemas codificadores
permanecen inexplorados. Técnicas simples
de la codificación que habilitan la
decodificación fácil podrían presentar una
solución energía-eficacia para las redes de
sensores.
PROBLEMAS
ABIERTOS
INVESTIGACIÓN
DE
Aunque algún esquema de acceso al medio
se propone para las redes de sensores,
todavía se abre para investigar la capa
enlace y el plan protocolar. Los problemas
de la investigación abiertos importantes
incluyen:
* MAC para las redes de sensores móviles:
El SMACS propuesto ten [13] realice bien
sólo en las redes de sensores principalmente
estáticas. Es supuesto que los esquemas de
conexión que un nodo móvil tiene muchos
nodos estáticos como sus vecinos. Estos
algoritmos deben mejorarse para tratar con
la movilidad más extensa en los nodos del
sensor y alrededores. La movilidad emite
portadora, dándose cuenta de mecanismos
del backoff para el esquema basado en
CSMA también permanecen principalmente
inexplorados.
* Determinación de límites más bajos en la
energía
requerida
para
la
misma
organización de red sensorial.
* Control de error que codifica los
esquemas: El control de errores es
sumamente
importante
en
algunas
aplicaciones de red de sensor gusta el rastreo
móvil y mecanismos supervisandos.
Códigos Convolucionales que describen sus
efectos han sido considerados en [8]. La
viabilidad de otros esquemas de control de
errores en las redes de sensores necesita ser
explorada.
* Modos salvadores de potencia de
funcionamiento: Para prolongar la vida de la
red, un nodo del sensor debe entrar en el
periodo de actividad reducida al correr bajo
la potencia de la batería. La enumeración y
dirección de la transición para estos nodos
están abiertas para investigar. Algunas ideas
se perfilan en [14].
α=3
o Route 2. Sink -un-B-C-T, PA total = 6,
total,
α=6
o Route 3: Sink -D-T, el PA total = 3, el
total,
α=4
CAPA DE RED
Se esparcen densamente o los nodos del
sensor en un campo cerca de o dentro del
fenómeno, como mostrado en Fig. 1. Como
discutido en la primera sección, el multihop
especial se necesitan protocolos de la
asignación de ruta inalámbricos entre los
nodos del sensor y el nodo del sink. Las
técnicas de la asignación de ruta ad hoc
tradicionales normalmente no hacen el flt los
requisitos de las redes de sensores debido a
las razones explicadas antes. La capa de la
gestión de redes de redes de sensores
normalmente se diseña según los principios
siguientes:
o Route 4: Sink -E-F-T, PA total = 5, total,
α =6
* Eficacia de Potencia siempre es una
consideración importante.
* La red de sensores son principalmente
datos-céntricos.
* Datos agregación sólo es útil cuando no
impide el esfuerzo colaborador del
los nodos del sensor.
* Una red del sensor ideal ha atributobasado dirigiéndose y conocimiento de la
situación.
Pueden encontrarse las rutas energíaeficaces basado en el poder disponible (el
PA) en los nodos o la energía requeridas
(un) para la transmisión en los eslabones a lo
largo de las rutas. En Fig. 4a, nodo T es el
nodo de la fuente que se da cuenta de los
fenómenos. Tiene las posibles rutas
siguientes para comunicar con el sink:
o Route 1: Sink -un-B-T, PA total = 4, total,
Una ruta energía-eficaz se selecciona por
uno de los acercamientos siguientes.
Máxima ruta PA: La ruta que tiene el PA
total máximo se prefiere. El PA total es
calculado sucontrol a los PAs de cada nodo
a lo largo de la ruta. Basado en este
acercamiento, dirija 2 se selecciona en Fig.
4a. Sin embargo, dirija 2 incluye los nodos
en ruta 1 y un nodo extra. Por consiguiente,
aunque tiene un PA total más alto, no es
poder-eficaz. Como resultado, es importante
no considerar rutas derivadas extendiendo
rutas que pueden conectar el nodo del sensor
al sinkcomo una ruta alternativa. La ruta 2
eliminadora, nosotros seleccionamos ruta 4
como nuestra ruta poder-eficaz cuando
nosotros usamos el esquema del PA
máximo.
Mínima ruta de energía (ME): La ruta que
consume la energía mínima para transmitir
los paquetes de los datos entre el sinky el
nodo del sensor es el ME la ruta. Como
mostrado en Fig. 4a, dirija 1 es el ME la
ruta.
Ruta mínima de salto (MH): La ruta que
hace el brinco mínimo para alcanzar el
sinkse prefiere. Dirija 3 en Fig. 4a es la ruta
más eficaz basada en este esquema. La nota
que el ME el esquema selecciona la misma
ruta como el MH cuando la misma cantidad
de energía (es decir, todos un es el mismo)
se usa en cada enlace. Por consiguiente,
cuando los nodos transmiten con el mismo
nivel de poder sin cualquier control de
poder, MH es entonces equivalente a mí.
Ruta de nodo PA mínima máxima: La ruta
a lo largo de que el PA mínimo es más
grande que los PAs mínimos de las otras
rutas se prefiere. En Fig. 4a, dirija 3 es el
más eficaz y dirige 1 es el segundo más
eficaz. Este esquema evita el riesgo de usar
a un nodo del sensor con el PA bajo muy
más temprano que los otros porque ellos
están en una ruta con nodos que tienen los
PAs muy altos.
Otro problema importante es esa asignación
de ruta puede ser basada adelante el datoscentric el acercamiento. En datos-centric
derrotando, la diseminación de interés ha
realizado para asignar las tareas dándose
cuenta de a los nodos del sensor. Hay dos
acercamientos usados para la diseminación
de interés: los sinks transmiten el interés [5],
y los nodos del sensor transmiten un anuncio
para los datos disponibles [15] y espera por
una demanda de los nodos interesados.
Datos-centric derrotando requiere la
denominación atributo-basado [1]. Para el
atributo la denominación basó, el
los usuarios están más interesados en
preguntar un atributo del fenómeno, en lugar
de preguntando un nodo individual. Por
ejemplo, "las áreas dónde [él la temperatura
es encima de 70ºF" es una pregunta más
común que" la temperatura leída por un
cierto nodo". la denominación Atributobasado se usa para llevar a cabo las
preguntas usando los atributos del
fenómeno. La denominación atributo-basado
también hace radiodifusión, multicasting
atributo-basado, geocasting, y anycasting
importante para las redes de sensores.
La agregación de los datos es una técnica
resolvía la implosión y solapaba los
problemas en datos-centrico derrotando
[15]. En esta técnica, una red del sensor se
percibe normalmente como un multicast
inverso obligue a refugiarse en un árbol,
como mostrado en Fig. 4b, dónde el
sinkpide a los nodos del sensor informar la
condición ambiente de los fenómenos. Datos
que vienen de los nodos del sensor múltiples
se agregan como si ellos están sobre el
mismo atributo del fenómeno cuando ellos
alcanzan el mismo nodo de la asignación de
ruta atrás en la manera al sink. Por ejemplo,
nodo del sensor E agrega los datos de los
nodos del sensor UN y B mientras el nodo
del sensor F agrega los datos de los nodos
del sensor C y D, como mostrado en Fig. 4b.
La agregación de los datos puede percibirse
como un juego de métodos automatizados de
combinar los datos que entran de muchos
nodos del sensor en un juego de información
significante [16]. Con este respeto, la
agregación de los datos está conocido como
la fusión de los datos [15]. También, el
cuidado debe tenerse al agregar los datos,
porque el specifics de los datos (por
ejemplo, las situaciones de informar los
nodos del sensor)
no debe omitirse. Los tales specifics pueden
ser necesitados por ciertas aplicaciones.
Una otra función importante de la capa de la
red es proporcionar las redes externas al
internetworking como otras redes de
sensores, el orden y sistemas del control, y
el Internet, En un guión, que los nodos del
sinkpueden ser acostumbrados como una
entrada a otras redes. Otro guión está
creando un espinazo conectando los nodos
del sinkjuntos y haciendo este espinazo
acceda otras redes vía una entrada.
Para proporcionar la visión en la
investigación actual en la capa de la gestión
de redes, nosotros discutimos esquemas
diferentes propuestos para las redes de
sensores para el resto de esta sección.
ENERGÍA MÍNIMA
COMUNICACIONES
EN
RED
DE
Un protocolo se desarrolla en [17] eso
computa un subnetwork energía-eficaz, a
saber la red de comunicación de energía
mínima (MECN), cuando una red de
comunicación se da. Un nuevo algoritmo
llamó MECN Pequeño (SMECN) se
propone por [18] para también proporcionar
semejante subnetwork. El subnetwork (es
decir, subgraph) construyó por SMECN es
más pequeño que el construido por MECN
si la región de la transmisión es redonda
alrededor de una programadora para una
escena de poder dada. Subgraph G de
gráfico G' que representa la red del sensor
minimiza el uso de energía que satisface las
condiciones siguientes: el número de bordes
en G es menos de en G mientras
conteniendo todos los nodos en G'; si se
conectan dos nodos, u y v, en el gráfico G',
ellos también se conectan en el subgraph G',
la energía exigió transmitir los datos del
nodo u a todos sus vecinos en el subgraph G
está menos de la energía exigido transmitir a
todos sus vecinos en el gráfico C'. El
SMECN también sigue la propiedad de
mínimo-energía que MECN acostumbra a
construir el subnetwork. La propiedad de
mínimo-energía es tal que allí existe un
camino de mínimo-energía en el subgraph G
entre los nodos u y u para cada par (u, v) de
nodos que se conectan en G.
DESBORDAMIENTO
Desbordamiento es una técnica vieja que
también puede usarse por derrotar en las
redes de sensores. Inundando, cada nodo que
recibe un datos o el paquete de dirección lo
repite transmitiendo, a menos que un
número máximo de brincos para el paquete
se alcanza o el destino del paquete es el
propio nodo. Inundar es una técnica
reactivo, y no requiere mantenimiento de la
topología costoso y complejo ruta
descubrimiento algoritmos. Sin embargo,
tiene varias deficiencias como [15]:
* Implosión: La implosión es una situación
dónde reprodujo los mensajes se envía al
mismo nodo. Por ejemplo, si el nodo del
sensor A tiene N vecino sensor nodos que
también son los vecinos de nodo del sensor
B, nodo del sensor que B recibe que
A/copies del mensaje envió por el nodo del
sensor A.,
* Overlap. Si dos nodos comparten la misma
región observando, los dos de ellos pueden
darse cuenta de los mismos estímulos al
mismo tiempo. Como resultado, los nodos
del
vecino
reciben
los
mensajes
reproducidos.
* Recurso de ceguera: El protocolo
inundando no tiene en cuenta los recursos de
energía disponibles. Un recurso de energía
que el protocolo consciente debe tener en
cuenta la cantidad
de energía disponible a ellos en todo
momento.
MURMURAR
Una derivación de inundar es murmurar [19]
en que los nodos no transmiten pero envían
los paquetes entrantes a un vecino al azar
seleccionado. Un nodo del sensor selecciona
uno de sus vecinos al azar para enviar los
datos. Una vez el nodo del vecino recibe los
datos, selecciona otro nodo del sensor al
azar. Aunque este acercamiento evita el
problema de la implosión teniendo una copia
de un mensaje simplemente a cualquier
nodo, toma un tiempo largo para propagar el
mensaje a todos los nodos del sensor.
PROTOCOLO PARA SENSORES VIA
NEGOCIACION DE INFORMACION
Una familia de protocolos adaptables
llamada los Protocolos del Sensor para la
Información vía la Negociación (SPIN) [15]
se diseña para dirigirse las deficiencias de
clásico que inunda por la negociación y
adaptación del recurso. La familia SPIN de
protocolos se diseña basado en dos ideas
básicas: los nodos del sensor operan más
eficazmente y energía de la conserva
enviando datos que describen los datos del
sensor en lugar de enviar todos los datos;
por ejemplo, la imagen y nodos del sensor
deben supervisar los cambios en sus
recursos de energía.
Giro: tiene tres tipos de mensajes, es decir,
ADV, REQ, y DATOS. Antes de enviar un
mensaje del DATOS, el nodo del sensor
transmite un mensaje de ADV que contiene
un descriptor (es decir, meta-datos) de los
DATOS, como mostrado en paso 1 de Fig.
4c. Si un vecino está interesado en los datos,
envía un mensaje de REQ para los DATOS
y el DATOS se envía a este nodo de sensor
de vecino, como mostrado en los pasos 2 y 3
de Fig. 4c, respectivamente. El nodo de
sensor de vecino repite este proceso
entonces, como ilustrado en pasos 4, 5, y 6
de Fig. 4c. Como resultado, los nodos del
sensor en la red del sensor entera que está
interesado en los datos conseguirán una
copia. Note que SPIN es basado adelante
datos-centric derrotando [15] donde los
nodos del sensor transmiten un anuncio para
los datos disponibles y esperan por una
demanda de los sinks interesados.
LA ASIGNACIÓN DE SECUENCIA DE
RUTA
En [13], un juego de algoritmos que realizan
organización, dirección y funcionamientos
de dirección de movilidad en las redes de
sensores se propone. SMACS es un
protocolo distribuído que permite a una
colección de nodos del sensor descubrir a
sus vecinos y establecer los horarios del
transmission/reception sin la necesidad por
un sistema de dirección central. El algoritmo
de la EAR se diseña para apoyar
interconexión del sin costura de los nodos
móviles. El algoritmo de la EAR es basado
en los mensajes de la invitación y el registro
de nodos estacionarios por los nodos
móviles. El algoritmo de SAR crea árboles
múltiples dónde la raíz de cada árbol es un
vecino del uno-brinco del sink. Cada árbol
crece exterior del sink mientras evitando los
nodos con QoS muy bajo (es decir, los bajan
throughput/high) y reservas de energía. Al
final de este procedimiento, los nodos
pertenece a los árboles múltiples. Esto
permite un nodo del sensor para escoger un
árbol para relevar su información atrás al
sink. Hay dos parámetros asociados con
cada camino (es decir, un árbol) atrás al
sink:
o Recursos de Energía: Los recursos de
energía se estiman por el número de
paquetes el
el nodo del sensor puede enviar si el nodo
del sensor tiene uso exclusivo del camino.
La Asignación Secuencial que Derrota
(SAR) el algoritmo selecciona el camino
basado en los recursos de energía y aditivo
QoS métrico de cada camino, y el nivel de
prioridad del paquete. Como resultado, cada
nodo del sensor selecciona su camino para
dirigir los datos atrás al sink. También, dos
más algoritmos llamaron la Sola Elección
del Ganador (SWR) y Multi la Elección del
Ganador (MWE) el asa la señalización
necesaria y los datos transfieren las tareas en
el proceso de información cooperativo local.
ADAPTACION DE BAJA-ENERGIA
AGRUPANDO JERARQUÍAS
La bajo-energía la Jerarquía Arracimándose
Adaptable (LEACII) es un protocolo
arracimar-basado que minimiza la dispersión
de energía en el sensor conecta una red de
computadoras [16]. El propósito de
LIXIVIE es a al azar nodos del sensor
selectos como el clusterheads, para que se
extiende la dispersión de energía alta
comunicando con la estación baja a todos
los nodos del sensor en el sensor conecte
una red de computadoras. El funcionamiento
de LIXIVIE está separado en dos fases, la
fase del arreglo y la fase firme. La duración
de la fase firme es más larga que la duración
de la fase del arreglo para minimizar sobre
la cabeza.
Durante la fase del arreglo, un nodo del
sensor escoge un número del azar entre O y
1. Si este número del azar está menos del
umbral T(n), el nodo del sensor es un
clusterhead. T(n) es calculado como dónde P
es el porcentaje deseado para volverse un
clusterhead, r es la ronda actual, y C es el
juego
de
nodos
que
tienen
no
seleccionándose como un clusterhead en las
últimas rondas del l/P. Después de que los
clusterheads se seleccionan, los clusterheads
anuncian a todos los nodos del sensor en la
red que ellos son los nuevos clusterheads.
Una vez los nodos del sensor reciben el
anuncio, ellos determinan el racimo a que
ellos quieren pertenecer basado en la fuerza
señalada del anuncio del clusterheads a los
nodos del sensor. Los nodos del sensor
informan el clusterheads apropiado que ellos
serán un miembro del racimo. Después, los
clusterheads asignan el tiempo en que los
nodos del sensor pueden enviar los datos al
clusterheads basado en un acercamiento de
TDMA.
Durante la fase firme, los nodos del sensor
pueden empezar los datos dándose cuenta de
y transmiten al clusterheads. Los
clusterheads también agregan los datos de
los nodos en su racimo antes de enviar estos
datos a la estación baja. Después de que un
cierto periodo de tiempo gastó en la fase
firme, la red entra de nuevo en la fase del
arreglo y entra otro redondo de seleccionar
el clusterheads.
є
Si n
G
por otra parte
DIFUSIÓN DIRECTA
El difusión datos diseminación paradigma
dirigido se propone en [5], dónde el sink
manda interés que es una descripción de la
tarea a todos los sensores, como mostrado en
Fig. 4d. Los descriptores de la tarea se
nombran asignando pares del atributo-valor
que describen la tarea. Cada nodo sensor
entonces las tiendas la entrada de interés en
su escondite. La entrada de interés contiene
un campo del timestamp y varios campos de
pendiente. Cuando el interés se propaga a lo
largo de la red del sensor, las pendientes de
la fuente son atrás al sink fijas a, como
mostrado en Fig. 4d. Cuando la fuente tiene
los datos para el interés, la fuente envía los
datos a lo largo del camino de pendiente del
interés, como mostrado en Fig. 4d. El Interés
y propagación de los datos y agregación son
localmente determinadas. También, el sink
debe refrescarse y refuerza el interés cuando
empieza a recibir los datos de la fuente.
LOS PROBLEMAS ABIERTOS DE LA
INVESTIGACIÓN
Una apreciación global de los protocolos
propuesta para las redes de sensores se da en
Mesa 2. Estos protocolos necesitan ser
mejorados o los nuevos protocolos
desarrollaron para dirigirse el topología más
alto cambia y escalabilidad más alta.
CAPA TRANSPORTE
La necesidad para una capa de transporte
está fuera puntiaguda en la literatura [4].
Esta capa se necesita sobre todo cuando el
sistema se planea ser accedido a través del
Internet u otras redes externas. Al mejor de
nuestro conocimiento no ha habido así sin
embargo, lejos ningún esfuerzo para
proponer un esquema o discutir los
problemas relacionó a la capa de transporte
de una red del sensor en la literatura. TCP
con sus mecanismos de ventana de
transmisión actuales empareja que las
características extremas del sensor conectan
una red de sensores el ambiente. Un
acercamiento como el TCP henderse puede
necesitarse hacer las redes de sensores
actuar recíprocamente con otras redes como
el Internet. En este acercamiento, se acaban
las conexiones de TCP a los nodos del sink,
y un protocolo de capa de transporte
especial
puede
ocuparse
de
las
comunicaciones entre el nodo del sink y
nodos sensores, como mostrado en Fig. 1.
como resultado, comunicación entre el
usuario y el nodo del sink está por UDP o
TCP vía el Internet o satélite; por otro lado,
comunicación entre el sink y los nodos
sensores pueden estar puramente por los
protocolos del UDP-tipo, porque cada nodo
sensor ha limitado la memoria.
Los protocolos diferentes como TCP, los
esquemas de comunicación de extremo-aextremo en las redes de sensores no son
basado en el dirigirse global. Estos
esquemas deben considerar que esa
denominación atributo-basado se usa para
indicar los destinos de los paquetes de los
datos. La denominación atribuir-basado se
describe en una sección más temprana. Los
factores como el consumo de potencia y
escalabilidad, y a las características les gusta
datos-centricos derrotando el sensor malo
conecta una red de sensores necesita el
manejo diferente en la capa de transporte.
Así, estos requisitos enfatizan la necesidad
por los nuevos tipos de protocolos de capa
de transporte.
LOS PROBLEMAS ABIERTOS DE LA
INVESTIGACIÓN
El desarrollo de protocolos de capa de
transporte es un esfuerzo desafiando porque
los nodos sensores se influencian por los
factores explicados en una sección más
temprana, sobre todo los constreñimiento del
hardware como el poder limitado y
memoria. Como resultado, cada nodo sensor
no puede guardar cantidades grandes de
datos como un servidor en el Internet, y los
reconocimientos son demasiado costosos
para las redes de sensores. Por consiguiente,
pueden necesitarse nuevos esquemas que se
hendieron la comunicación del extremo-aextremo, probablemente a los sinks, donde
se usan los protocolos del UDP-tipo en la
red del sensor y los protocolos de TCP/UDP
tradicionales en el Internet o red del satélite.
CAPA APLICACIÓN
Al mejor de nuestro conocimiento, aunque
se definen muchas áreas de la aplicación
para las redes de sensores y propusieron, los
protocolos de capa de aplicación potenciales
para las redes de sensores siguen siendo una
región principalmente inexplorada. En este
estudio, nosotros examinamos tres posibles
protocolos de capa de aplicación: El
Protocolo de Dirección de sensor (SMP),
Asignación de la Tarea y Protocolo de
Anuncio de Datos (TADAP), y Pregunta del
Sensor y Protocolo de Diseminación de
Datos (SQDDP), necesitó para redes de
sensores basadas en los esquemas
propuestos relacionados a las otras capas y
sensor red aplicación áreas. Todos éstos los
protocolos de capa de aplicación son los
problemas de la investigación abiertos.
PROTOCOLO DE ADMINISTRACION
DE SENSOR
Diseñando un aplicación capa dirección
protocolo tiene varias ventajas. Las redes de
sensores tienen muchas áreas de la
aplicación diferentes, y accediéndolos a
través de las redes como el Internet se
apunta a en algunos proyectos actuales [6].
Una dirección de capa de aplicación las
hechuras protocolares el hardware y
software de las más bajo capas transparente
a las sensor red dirección aplicaciones.
Administradores del sistema Actúan
recíprocamente con redes de sensores que
usan SMP. Al contrario de muchos otros
trabajos netos, las redes de sensores
consisten en nodos que no tienen las
identificaciones globales y normalmente son
los
menos
infraestructurales.
Por
consiguiente, SMP necesita acceder los
nodos usando el atributo basó denominación
y el dirigiéndose situación-basado, qué se
explica más temprano en detalle, eso
proporciona los funcionamientos de la
mercancías suaves necesitaron realizar las
tareas administrativas siguientes:
usuarios, y los usuarios preguntan los datos
en que ellos están interesados. Un protocolo
de capa de aplicación que proporciona las
interfaces eficaces al software del usuario
para la diseminación de interés es útil para
los funcionamientos de la bajar-capa, como
tomar, explicados en una sección más
temprana.
o Introduciendo las reglas relacionadas a la
agregación de datos, la denominación
atributo-basado, y arracimándose a los
nodos sensores
SQDDP proporciona las interfaces a las
aplicaciones del usuario para emitir las
preguntas, responde a las preguntas y
colecciona las contestaciones entrantes.
Note que estas preguntas generalmente no se
emiten a los nodos particulares. En cambio,
atributo - o la denominación situaciónbasado se prefiere. Por ejemplo, "las
situaciones de los nodos que se dan cuenta
de la temperatura superior que 70°F son una
pregunta atributo-basado. Semejantemente,"
temperaturas leídas por los nodos en la
región UN" es un ejemplo de denominación
situación-basado.
o Intercambiando datos relacionados a la
situación que presentan los algoritmos
o El tiempo de sincronización de los nodos
sensores
o Moviendo los nodos sensores
o Interrogando la configuración de red de
sensor y el estado de nodos, y
reconfigurando la red de sensores
o Autenticación, distribución importante, y
seguridad en las comunicaciones de los
datos
Las descripciones de algunas de estas tareas
se ceden [1].
ASIGNACIÓN DE TAREA Y
EL PROTOCOLO DE ANUNCIO DE
DATOS
Otro funcionamiento importante en las redes
de sensores es la diseminación de interés.
Los usuarios envían su interés a un nodo
sensor, un subconjunto de los nodos, o la red
entera. Este interés puede estar sobre un
cierto atributo del fenómeno o un evento
activando. Otro acercamiento es el anuncio
de datos disponibles en que los nodos
sensores anuncian los datos disponibles a los
LA INTERROGANTE DEL SENSOR Y
EL PROTOCOLO DE DISEMINACIÓN
DE DATOS
La pregunta del sensor y el idioma atareando
(SQTL) [1] se propone como una aplicación
que proporciona un juego aun más grande de
servicios. SQTL apoya tres tipos de eventos,
definió por las palabras claves reciba, cada,
y expira. Reciba que define eventos
generados por un nodo sensor cuando el
nodo sensor recibe un mensaje; cada define
eventos que ocurren periódicamente debido
a la interrupción del cronómetro; y expira
define eventos que ocurren cuando un
cronómetro ha expirado. Si un nodo sensor
recibe un mensaje que se lo quiere y
contiene una escritura, el nodo sensor
ejecuta la escritura entonces. Aunque SQTL
se propone, pueden desarrollarse tipos
diferentes de SQDDP para las varias
aplicaciones. El uso de SQDDPs puede ser
único a cada aplicación.
LOS PROBLEMAS ABIERTOS DE LA
INVESTIGACIÓN
Aunque SQTL se propone, otros protocolos
de capa de aplicación todavía necesitan a él
desarrolló para proporcionar un nivel de
servicios. Como mencionado antes, SMP
permite al l software realizar tareas
administrativas con los nodos sensores y
sincronización de tiempo de nodos. Los
desarrollos de la investigación también
deben enfocarse en TADAP y SQDDP,
como se describió anteriormente.
CONCLUSIÓN
La flexibilidad, tolerancia de errores, alta
fidelidad sensorial, bajo costo, y las
características de despliegue rápido de una
red de sensores crean muchas nuevas y
excitantes áreas de aplicación remota. En el
futuro, esta gama amplia de áreas de
aplicación hará que el sensor conecte una
red de sensorial que será parte integral de
nuestras vidas. Sin embargo, la realización
de redes de sensores necesita satisfacer los
requerimientos introducidos por factores
como la tolerancia de errores, escalabilidad,
costo, hardware, cambio de la topología,
ambiente, y consumo de potencia. Estos
requerimientos son muy severos y
específicos para las redes de sensores, se
requieren de nuevas técnicas de la gestión de
redes ad hoc inalámbricas. Muchos
investigadores
están
actualmente
comprometidos
en
desarrollar
las
tecnologías necesarias para las diferentes
capas de redes de sensores y pila de
protocolos mostrada en Fig. 3. Una lista de
proyectos de investigación de red de
sensores actuales se da en la tabla 3. Junto
con los proyectos de la investigación
actuales, nosotros animamos hacia la visión
en los problemas y pensamos motivar una
búsqueda para las soluciones a los
problemas abiertos de la investigación que
se describió en este artículo.
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BlOGRAFIAS
IAN F. AKYILDIZ [M ' 86, SM ' 89, F ' 96]
([email protected]) recibió su B.S., M.S., y
Ph.D. en grados en redes que diseña la
Universidad de Erlangen-Nuernberg,
Alemania, En 1978, 1981, y 1984,
respectivamente. Actualmente Ken Byers
Distindo Profesor de la Silla con la Escuela
de Eléctrica y Redes, el Instituto de Georgia
de Tecnología, Atlanta, y director de Banda
ancha y Laboratorio de Gestión de redes
Inalámbricas. Su interés de investigación
actual está en las redes inalámbricas, el
satélite que conecta una red de sensores, y la
próximo-generación de Internet. Es un
Compañero de la Asociación para Redes de
Maquinas (1996). Prestó sus servicios al
Don Federico Santa María Medal y a la
Universidad de Federico Santa María, Chile,
en 1986. Sirvió como un Disertante
Nacional para ACM de 1989 hasta 1998, y
recibió el ACM el Disertante Award
Distinguido en 1994. Él recibió los 1997
IEEE Leonard el G. Abraham Prize de la
IEEE
Sociedad
de
Comunicaciones
Sociedad
titulado
"Multimedios
los
Protocolos de Sincronización De grupo para
las Arquitecturas de Servicios Integrados,"
publicó el Periódico de IEEE de Áreas
Seleccionadas en las Comunicaciones en
enero de 1996. Recibió en el 2002 un
monumento conmemorativo de la IEEE
Harry M. el Goode IEEE Sociedad de redes
con la cita "para las contribuciones
significantes y pioneras a las arquitecturas
avanzadas y protocolos para redes
Inalámbricas y satelitales que conecta una
red de sensores". Es el jefe de redacción de
Redes de Computadores (la Ciencia de
Elsevier) y editor para el Periódico de
ACM/Kluwer de Redes Inalámbricas y
Periódico de ACM/Springer para los
Sistemas Multimedios. Es editor para las
Transacciones de IEEE/ACM en Conección
de red de sensores (1996-2001), Periódico
de Kluwer de Racimo que Computa (19972001), y Transacciones de IEEE en las
Sensores (1992-1996). Era miembro del
programa técnico del 9 IEEE taller de
comunicaciones de redes en 1994,
ACM/IEEE conferencista de Informática
Móvil y conexión de una red de sensores
(MOBICOM ' 96), y el IEEE INFOCOM '
98 y Computadores que Conectan una red de
sensores, así como EEE ICC 2003.
WEILIAN
Su
[S
'
00]
([email protected]) recibió su grado
B.S. En diseño eléctrico y redes del
Rensselaer Escuela politécnica Rensselaer
en 1997. Él también recibió su M.S. en
diseño eléctrico y redes del Instituto de
Georgia
de
Tecnología
en
2001.
Actualmente, es Ph.D. del programa de la
Escuela de diseño eléctrico y redes, del
Instituto de Georgia de Tecnología. Sus
intereses
incluyen
la
investigación,
recuperación, asignación de ruta ad hoc, y
redes de sensores.
MEGESH SANKARASUBRAMANIAM [S
' 01] ([email protected]) recibió su
B.Tech. del Instituto indio de Tecnología,
Madrás, en 2001. Es ayudante de la
investigación de Banda ancha y Laboratorio
de Gestión de redes Inalámbrico y un Ph.D.
estudió en la Escuela de diseño Eléctrico y
Computadora, el Instituto de Georgia de
Tecnología.
Sus
intereses
son
la
investigación actual y está en las redes de
sensores y la próxima generación las redes
Inalámbricas.
ERDAL CAYIRCI [S ' 97, M ' 00]
([email protected]) graduado de la
Academia del Ejército turca en 1986.
Recibió su M.Sc. el grado de la Universidad
Técnica Oriental, y su Ph.D. el grado de la
Universidad de Bogazici en diseño de redes
en 1995 y 2000, respectivamente. Él era un
investigador visitante con la Banda ancha y
Laboratorio de la Gestión de redes
Inalámbricas y un disertante con la Escuela
de diseño Eléctrico y Computadora que
elabora el Instituto de Georgia de
Tecnología En 2001. Es director de la
sección de funcionamien de combates en las
Universidades de Guerra turcas Wargaming
y Centro de la Simulación y un miembro del
faeulty instrucción en diseño de redes de
Universidad de Yeditepe. Sus intereses son
las investigaciones que incluyen el sensor
conexión
de
redes
de
sensores,
comunicaciones móviles, comunicaciones
tácticas,
y
la
Simulación
militar
constructiva.