一项调查在无线传感器网络实时通信

文摘

一般来说,在无线传感器网络各种交通需求主要是依赖于具体的应用程序类型,也就是说,事件驱动的,连续的,和查询驱动类型。在这些应用中,实时交付是研究的一个重要挑战。然而,由于网络节点周围环境恶劣,许多研究人员通常需要不同的方法与传统的网络。为了讨论和分析这些方法的优势或劣势,一些综合调查文献发表;然而他们是过时或编译一层通信协议。基于这一不足,在本文中,我们目前最新的研究方法,并讨论相关的重要功能在无线传感器网络实时通信。至于分组,我们分类的方法到硬,柔软,和公司的实时模型。此外,在所有这些类别,研究都集中在MAC和调度和路由根据研究区域或目标二级。最后,本文也表明潜在的未来的研究方向。

1。介绍

无线传感器网络(WSN)变得无处不在,许多最近的研究工作往往只关注特定于应用程序的特性。其中,实时通信仍是研究的挑战之一取决于应用程序类型,如事件驱动的,连续的,和查询驱动类型。在这些应用程序中,数据包超出截止日期被认为是影响系统性能和质量。然而,实时通信是无线网络的具有挑战性的问题是衰落,干扰,不可靠,快速不同信道质量(1]。尤其是,如果实时和非实时应用程序共存,最后期限的实时交通无法满足经常由于共享无线介质与非实时流量的流量增加。除了房地产的无线链接,严重限制节点WSN很难支持实时通信。在无线连接处理流量的影响,通常比非实时优先给实时交通减少争用共享介质(2)或contention-free方案通常用于WSN (3]。此外,实际实时通信问题基础上提出和介绍了(4]。此外,严重的不可靠性问题的contention-based介质访问控制(MAC)协议和它的默认参数值是所5]。作者解决电力管理系统和低密度的影响可靠性和广泛的分析基于仿真和实验。

基于上述动机,大部分研究需要不同的方法集中在特定于应用程序的属性。此外,一些文献和一个特殊的问题和组织出版,最近。然而,他们是过时的或主要集中在一层通信协议。因此,他们并不足以提供洞察实时通信网络和提供最近的研究趋势。例如,Alanazi和Elleithy6]介绍了先进的研究工作基于实时无线多媒体传感器网络的QoS路由协议。此外,三个综合调查文献实时路由(7- - - - - -9]发表提供能源效率和可靠性方面的比较。腾和金10)解决实时MAC协议的具体要求在最近无线传感器实时测量系统的MAC协议。然而,研究工作集中在网络或MAC协议提到的,分别,不提供任何分类原则。另一项调查论文由李等人。11]解决了实时通信协议和数据处理方案的跨层设计。但是,这篇论文发表在2007年它太过时了。此外,特刊题为“新挑战的实时无线传感器网络:理论和应用程序”(12)是最近2016年组织,但调查文献实时通信网络是不包括在内。此外,硬和软实时模型进行了解释和分析他们的工作。

根据上面的动机,在本文中,我们目前最新的研究方法和讨论他们的优势以及劣势通过收集研究文献自2010年以来,除了一些基本的论文。我们现有的分类方案根据广义分类等困难,柔软,和公司的实时模型。特别是,与上次调查不包括公司的方法,我们收集研究公司流模型基础上,分析其适用性基础上。描述每个方案的细节之前,我们引入实时应用的例子和可用的平台网络的实时通信。最后,本文的结论与讨论潜在的开放问题。

2。实时应用程序和平台

在本节中,我们提出了代表应用程序需要实时交付。此外,一些传感器节点平台支持实时通信简要描述。

2.1。实时应用程序

我们选择四个潜在的和实用的实时应用程序的示例。在本节中,我们描述如何在每个应用程序提供实时通信。

2.1.1。健康监测

新兴市场和应用前景的网络实时通信的需求基础是健康监测系统,包括对病人健康监控和报警系统。首先,病人的监测系统嵌入一组医疗传感器和无线通信模块提出了Al-Aubidy et al。13]。在此系统中,据报道,病人健康状况医疗中心和检查的医生负责发送医疗建议。实验结果表明原型实现的有效性方面的准确性,为决策情报,和可靠性。此外,李婉et al。14)提出了一种新型的无线网络监测系统收集病人的生理指标调整多通道高频无线数据传输。最后一个例子是关于一个便携式无线实时健康监测系统,提出了超et al。15]。该系统由无线个域网无线标准和示范脉搏血氧测量数据监测的患者。

2.1.2。目标跟踪

VigilNet [16)提出了跟踪、检测和分类目标及时以及节能的方式通过引入一个期限分区方法和理论推导来保证每个subdeadline。自端到端期限是受到许多系统参数的影响,提出了整个系统的全局最优解的工作。在该方案中,端到端期限分为多个subdeadlines。满足实时要求,激活,哨兵发现,唤醒,聚合通信和基础处理延迟和他们的权衡分析和见解。例如,在缓慢的移动目标跟踪的情况下,最后期限是保证通过考虑几个因素,如节点密度较高,增加了唤醒延迟,快速检测算法。VigilNet是实现和测试各种情况下证明适合实时通信。

2.1.3。环境跟踪

Pozzebon et al。17)提出了新的架构异构传感器网络监控沿海沙丘的三种不同类型的集成传感器了。该建议的体系结构由砂水平传感器网络,环境监测节点和网关。ZigBee无线传输模块收集到的数据,同时测定风速风向的站负责数据处理。此外,一个网关节点提供了外部连接与GSM连接。谢霆锋和肖18]提出了传感器网络系统,能够多个环境因素和聚合实时收集的数据。数据传输是通过无线模块使用UDP协议。此外,环境空气质量监测系统提出了两篇论文(19,20.),分别。

2.1.4。控制系统

Georgoulas和打击21]提出In-Motes眼应用基于In-Motes平台获得加速汽车的环境的变化。四个不同类别的In-Motes代理应用程序分层架构下的演员。通信是由联邦通信方案。基于此In-Motes平台,应用程序允许用户监控移动车的加速模式注入新的工作代理车辆传感器和检查汽车是否违反在测试场景中应用程序的临界参数。通过这个实验,In-Motes应用程序显示监控实时操作的可能性。

2.2。即时通讯平台

2.2.1。萤火虫

萤火虫(22)是一个著名的网络平台监控、监测、语音通信和电池通过多次反射网通信节点。特别是,每个节点运行/内部IEEE 802.15.4协议提供服务/ Nano-Resource内核实时操作系统。全球时间同步工作方式节能最大化两种常见的睡眠时间在绑定的端到端延迟和吞吐量。在实时的方面,每个传感器节点传送和接收数据包在预定的时间内专用的时段。因此,萤火虫可以用于实时应用,如延迟敏感通过实时语音通信链接(RT-Link)协议,TDMA的MAC协议,运行在一个萤火虫网络节点。此外,一个新的扩展平台的萤火虫马赛克(23)提出了可视化传感器网络与应用程序上运行监视人们的日常活动。在这个应用程序中,频繁的特定活动观察由多个重叠的摄像机来获取想要的信息。

2.2.2。PAVENET操作系统

PAVENET操作系统(24)是一个紧凑的硬实时操作系统基础上。为实时优化和最优任务,先发制人的多线程和合作多线程。更高的紧性和更低的管理费用比一般TinyOS受到混合多线程的支持。实现硬实时特性,PAVENET OS设计依照一个线程模型和支持抢占。PAVENET操作系统提供了一个无线通信为隐藏独家控制用户堆栈。在每个通信层协议栈实现模块化,这样用户可以轻松开发各种通信协议根据应用程序的要求。PAVENET操作系统使用了一个叫做缓冲区管理机制pbuf在层之间交换数据。实验结果表明,PAVENET OS达到0.01%抖动而执行无线通信任务与大小的低开销方面的RAM和ROM和最低任务切换时间。

2.3。A-LNT

A-LNT [25)是一个轻量级的低速和低功耗传感器网络语音通信平台。为了满足语音通信和传感数据传输要求,时钟同步的MAC协议和数据下不干扰机制采用星型网络拓扑结构。此外,A-LNT支持三种类型的语音通信在大多数情况下,以减少无线传输的压力。音频信道容量和延迟足以支持紧急语音通信,音频/声音传感器网络,和健康监测系统。

2.3.1。一个堆栈

一个堆栈(26)是实时的时间同步协议栈,多通道,割缝沟通多次反射无线网络来满足延迟要求工业自动化和结构健康监测。绑定推迟最后期限内,有几个因素如MAC、路由和时钟同步协议需要考虑。堆栈操作和多通道TDMA、全局时间同步和源路由。更详细的,一个堆栈FreeRTOS实时内核上运行;然而,它可以很容易地转移到任何抢先式多任务操作系统。通过实验结果,证明了一个堆栈适用于低延迟和高可靠性实时WSN应用程序和协议。

3所示。实时通信的基础上

尽管它的重要性和必要性,实时通信网络面临许多挑战和误解的研究。对于这个问题,奥利弗和Fohler4]分析了实时通信的WSN的适应性和适用性的影响假设的数量和不同的评估标准来推断出一些基本的注意事项。尽管很难提供实时通信,系统已开展大量的研究。因此,至关重要的是确定现有的方案与适当的良好洞察实时通信网络。

实现以上目标,实时通信系统分为类别,公司,和软实时不失一般性像会话分类。硬实时通信表明错过最后期限影响操作系统,导致整个系统的失败。所以,最坏的情况下时间期限内绑定的端到端延迟。软实时通信试图减少期限小姐概率保证能满足需求,有些想念是可以忍受的。公司实时通信也有类似的功能从硬和软实时模型,它允许很少错过了最后期限,而系统可以生存任务失败只要他们充分的间隔。

在本文中,我们现有的分类方案实时通信到上述三个类。特别是,至于公司实时模型,我们解释的公司模型,至少保证要求的任何连续的消息流必须满足他们的最后期限,以确保足够的服务质量。图1说明了现有的实时的分类方法。至于二级分类,我们专注于研究目的同质。因此,我们分类现有的计划两个部分。一个是MAC和调度,另一个是路由。

3.1。硬实时通信网络

考虑各种约束条件时,系统硬实时通信很难实现。特别是,由于多次反射通信不确定性的端到端延迟,明星拓扑在单跳在大多数研究是首选。在此基础上分析,有几个硬实时计划分为MAC和调度的TDMA以及路由协议。此外,硬实时通信网络通常使用在非常关键的应用,如汽车和工业应用。在这个模型中,通过集成平台项目,再赢28),实时保证无线传感器网络,为个人提供硬实时保证实时推出流过多次反射的WSN的任意节点部署和任意的交通模式。这些新研究方法被证明是保证小延迟传播关键事件的发生。

3.1.1。MAC和调度

在本节中,我们简要描述MAC和硬实时调度算法模型。

首先,Caccamo和张29日]提出隐性最早期限第一基于著名的最早的期限(I-EDF)调度算法。在这个方案中,每个节点分组的形式六角形细胞和支持细胞内通信和细胞间通信。I-EFP防止碰撞通过基于时间调度基于多个频率在细胞间通信。这个基于时间的调度与多个频率保证I-EDF无碰撞的特性。另一个调度算法,了解调度(SAS-TDMA)[来源30.),提出了通过跨层信息架构减少开销。它包括优先排队模型在节点基于平均等待时间。N队列饱和点取决于加载的类的和优先级。此外,增强分布式信道访问(EDCA)方法在MAC层。至于硬实时协议基础上,多路径路由协议发现一个源节点不相交的路径,选择其动态路由和检查的质量与延迟指标替代路线。

在调度算法,Watteyne et al。31日)提出了实时MAC协议在随机衬管网络。拟议中的Dual-MAC调节介质访问根据节点的位置。未受保护的模式容易碰撞和较慢的保护模式免费碰撞被认为是保证最坏的时期。这个属性是通过一个正式的模型进行验证。此外,Kieckhafer [32]研究无线架构为硬实时嵌入式网络(WAHREN)硬实时为国家项目的最后期限,皮埃尔钻宇宙射线。在MAC层,混合采用TDMA / CSMA窗口,所有基础设施节点传送只有在预先指定的TDMA槽和noninfrastructure节点传输只在它们之间的CSMA避免干扰。另一个适用的实时通信网络提出了爱莎和Villarroel33]。尽管无线链网络协议(WICKPro)与链提出了无线网状网络拓扑,它令牌传递方法和time-token协议以及循环执行可以实现传感器网络。此外,EchoRing东布罗夫斯基和总提出的(34)来解决沟通在一起很短的延迟高可靠性无线工业网络。介绍了协同通信以分散的方式和改进的容错功能。下面的测量延迟保持10 ms。最后,与单跳TDMA, Ergen和Varaiya提出多次反射TDMA方案与接入点的执行调度聚集拓扑信息。PEDAMACS [35)使用了一个多项式时间调度算法保证延迟正比于节点的数量,而不是已知的非完全多项式优化问题。

除了MAC层的方法,Cherian和奈尔36)提出了优先排队模型在节点基于平均等待时间。N队列饱和点取决于加载的类的和优先级。此外,增强分布式信道访问(EDCA)方法在MAC层。至于硬实时协议基础上,多路径路由协议发现一个源节点不相交的路径,选择其动态路由和检查的质量与延迟指标替代路线。此外,作为一个扩展的内部IEEE 802.15.4,提供服务的新模式确定性和同步多通道扩展(DSME)和低延迟确定性网络(LLDN)在IEEE 802.15.4e [37)可以被视为可接受的解决方案在传感器网络实时通信。前支持确定性延迟和高可靠性时变交通和操作条件而LLDN定义了一个细粒度的确定的TDMA访问明星拓扑。基于这一特性,他们应该是为医疗应用程序实现。除了通信协议,几个平台提出了实时通信。DSME相关模式,一个新的频道访问计划和调度方案被提出的灯塔Sahoo et al。38减少网络发现时间和能源消耗。一种新的动态保证槽分配算法会导致显著减少传输延迟。至于LLDN, Ouanteur et al。39]提供了一个三维马尔可夫链模型来分析LDDN的性能在工业环境中。分析模式目标估计可靠性、能源消耗、吞吐量、延迟和抖动。此外,他们之间进行比较研究IEEE 802.15.4e LLDN内部IEEE 802.15.4割缝载波监听多路访问提供服务和避碰(CSMA / CA)证明LLDN确定性行为的。

WirelessHART [40],从高速公路可寻址远程传感器协议(鹿)框架中,有一个集中的网络管理体系结构,多通道TDMA传播,多余的路线,避免空间重用渠道增强可靠性和实时性能。重要设备、网络管理、负责控制调度和配置路由的网络。由网络管理器的帮助下,硬实时通信是通过接收数据从每个WirelessHART节点的网络。此外,网络管理器运行图源和路由,以满足实时约束。TDMA 10 ms的时间失去了用于数据链路层。图2说明了WirelessHART的分层。除了以上层,物理层定义无线电信号等特征方法,信号强度、灵敏度和设备。此外,应用程序层定义了各种设备命令,数据类型和反应。

符合这些规则,有一些研究工作在WirelessHART平台。诺et al。41]介绍了文献综述的WirelessHART路由和调度。此外,一些开放问题WirelessHART路由和调度算法进行了讨论。此外,陆et al。42]介绍了实时无线(一般网络(WSAN)通过WirelessHART工业控制系统。实时服务,实验WSAN试验台和调度算法实施和回顾。最后,一些问题如速度控制的无线控制系统。

3.1.2。路由

有一个协议来解决硬实时通信方案的基础上,因为大多数假设单跳通信。Ergen和Varaiya43)提出了新的实时路由协议需要考虑网络的生命周期。首先,计划每个节点的最低寿命最大化提出了不考虑延迟编程问题。第二种方法是将延迟保证纳入节能路由通过约束路由路径的长度。

3.2。软实时通信网络

其次是几个硬实时协议的基础上,为软实时通信路由和MAC协议在这一节中描述。在这个模型中,三个平台已经提出。说唱(44)建筑吸引了研究人员的兴趣。自说唱提供查询/事件服务API,因此它是用于注册查询特定的感应事件。查询存储时间限制,传输时间,和目标位置信息。因此,当一个注册事件发生时,查询结果是自动传送到目的地。说唱使用单调调度速度匹配查询结果数据包的端到端最后期限。它使用所请求的期限和目的地之间的距离来获得所请求的速度,分配一个高优先级的数据包更高要求速度,并确保传输数据包的最后期限内完成。另一个需要考虑的框架都实时通讯和能源效率实时节能(RTPAW)框架(45]。RTPAW关键特性包括聚合之间MAC层和路由层下集群架构。聚合层负责创建和维护集群平衡能耗控制活动和睡眠周期。其他架构称为Wi-STARK [46)提出了考虑容错和实时通信在同一时间。它符合内部标准IEEE 802.15.4并提供服务接口提供服务可用于构建控制程序。保证及时性以及弹性通信服务实现在单跳通信域的实时通信套件由消息请求调度程序和协议包。详细的,人物3显示了Wi-STARK三个不同层次的体系结构。有三个主要组件如实时通信套件、及时性和分区控制(TPC)和网络和管理控制。尤其是网络和管理控制中介层负责整合所有功能并提供管理服务。

3.2.1之上。MAC和调度

提出了几个软实时MAC协议。Matischek等人提出了实时混合MAC (RTH-MAC)协议(47)结合TDMA和FDMA提供软实时通信。为了满足实时要求,集中的方法,消除了冲突,减少干扰,确保小型有界的端到端延迟。此外,RTH-MAC雇佣一个应答机制和责任循环率的可靠性和适应性。另一种类型的组合MAC, Abdeli et al。48]介绍了MAC协议提供网络流量优先级为保证high-prioritized节点的最坏的消息延迟一组汽车应用。提议的,软实时共享时间段(SRTST),使用一个共享的时间段方法结合TDMA和CSMA / CA机制在一个特殊的两步。

此外,GinLITE [49)开发的组件的人参系统提供实时、可靠的数据交付通过利用一个纯粹的静态拓扑和预先计算的静态TDMA调度。GinLITE基本上是一个网格在TDMA MAC协议运营通过静态拓扑/进度信息。一个新的MAC协议和黑场(BB)机制提出了提供实时访问(50]。但是,为了减少能量损失和延迟引起的长度,一个二进制编码方案应用于coding-black-burst-based协议。Zhang et al。27)提出了实时MAC协议来满足高吞吐量,低延迟,通过精确的时间同步和能源消耗。为了实现这一目标,混合方法结合TDMA和小说时间同步方法和跳频扩频(FHSS)提出了预防包括抗干扰和碰撞。尤其是实时通信、指挥和数据包交付在一桶brigade-like方式对带宽利用率。图4显示了树拓扑与汇聚节点通信的例子。每个传感器节点是由集群分组传送感知数据集群头。如图4,每个传感器节点与父节点与子节点第一阶段期间,沟通是在第二阶段进行。此外,Shukeri et al。51]研究集群架构适应TDMA调度方案。通过自适应方案类型的流,通道是动态分配实现更好的利用未使用的通道的数量最小化。

除了新的MAC协议开发、阿里等。52]给出了样机的实验结果TSMAC多次反射网拓扑的实现实时IEEE 802.15.4-based MAC协议Contiki操作系统。实现TSMAC、广播工作周期修改实现割缝传播模式。试验台,网络在Beaconless运营模式和所有节点是由USB集线器。整个实验结果,TSMAC显示更高的吞吐量和更低的比现有的CSMA碰撞和抖动。

此外,额度远远没等人提出了MAC和路由协议跨层结构。提出了实时x层协议(RTXP) (53)旨在保证端到端的需求,同时保持能源消耗。它依赖于一个hop-count-based虚拟坐标系统(VCS)分类节点拥有相同的跳跃数的水槽,让货代选择,给节点在一个唯一标识符2-hop社区允许确定性介质访问。另一个方案的特性提出了跨层转发和介质访问控制在Service-Differentiated实时通信方案(SDRCS) [54]。它集成了实时路由和优先MAC通过执行数据包速度估计和允许控制在一个分布式的方式动态网络拓扑。详细,本地优先执行数据包转发数据包速度最大化。

3.2.2。路由

首先,各种类型的软实时路由协议。其中,速度(55)具有良好的声誉和多样化的变化实时沟通。速度是一个实时通讯协议,支持反馈控制和不确定的地理转发以保证所需的交货速度。在无状态不确定的地理转发(SNGF)模块所使用的速度,最高的节点被选为下一跳中继速度。为了计算传递速度SNGF模块,邻居节点的距离和位置信息收集通过交换灯塔。此外,为了确定节点之间传输延迟、数据包被发送到邻居节点。ACK接收到消息后,可以获得通过往返时间延迟估计。重定向SNGF不仅提供背压(BR)但还社区反馈回路(NFL)模型提供流量和拥塞控制为保证预期的交货速度。NFL使用缺页率邻居节点信息来决定是否不能维持一个多跳中继节点的速度。当橄榄球被激活,瞬间的平均传输延迟值中的每个节点拥塞区域添加到背压和转移到上游节点灯塔。在收到这个包灯塔,上游节点控制发送速率通过停止发送数据包到拥挤的领域。

在速度的同时,MMSPEED [56)创建一个虚拟多个层速度和执行虚拟隔离对传入的数据包进行分类到相应的优先队列根据所需的交货速度,以防止数据包被缓慢的队列中数据包延迟。MMSPEED组单个或多个数据包的转发路径取决于所需的数据包的可靠性水平。换句话说,分组分层执行根据数据包的可靠性。可靠性较低的数据包传送到一个路径而高可靠性数据包通过多条路径传输到目的地。此外,能源效率(速度57提出了]。像现有的速度路由协议,它传递路由信息和自己的邻居节点剩余能量信息交换灯塔。速度的路由协议,它极有可能最高的节点传递速度在其他将选为下一跳邻居节点。但在提出的路由协议,相邻节点的权函数计算基于信标交换的信息交换方法和价值最高的邻近节点加权函数是选择下一跳。此外,周等人提出了马力(58不使用控制包但使用上游敌手延迟在每个转发节点的数据包目的地执行未来敌手延迟估计。此外,支持节能路由在马力,所需的总能量消耗的最小值传输计算,然后是发射机功率传递到相邻节点所需的自适应设置根据这个值。此外,有关剩余能量(59)通过引入权重计算的增加延迟与邻居节点的剩余能量。此外,Aissani et al。60]提出EA-SPEED月初把数据包延迟时间和延长无状态的不确定性地理转发协议(SNGF)的速度。在这个扩展,下一跳是决定时考虑速度和剩余能量而不是随机选择初始速度。另一个能源意识到实时协议,EARQ [61年],提出了支持实时、可靠传递的数据包和能源在工业无线传感器网络感知。要做到这一点,每个节点与其邻居节点和信标消息交换记录能源成本、时间延迟,和可靠性需要到达汇聚节点的路由表。自从路径用更少的能源成本比另一个更有可能选择路径,如果选择下一跳的可靠性低于所需的可靠性,一个新的选择下一跳然后冗余数据包传输,以确保可靠的包交付。

容错方面的,另一个扩展的速度,FT-SPPED [62年),专注于容错属性。FT-SPEED解决无效问题存在在前面的速度协议通过添加空白宣布计划(血管)和空白旁路计划(VPS)。除了在速度、容错和能源效率IMMSpeed [63年]传送其他剩余的包复制到其余节点如果所需数量的邻居是不够的。IMMSpeed不选择邻近的节点作为下一跳转发速度最快;而是选择节点与相邻节点之间的最高能量可以保持实时的最后期限是下一跳。虽然能量是相同的相邻节点的转发速度快是选为下一跳。此外,替代路径选择算法基于神经网络(64年另外)是应用于速度和睡眠节点路径的情况下失败。在这个工作中,神经网络应用于评估QoS参数,得到优化的路径。这些解决方案进行比较和分析65年)通过提出能源模型验证可接受的性能。

除了速度和它的变体,一些软实时路由协议。首先,增强实时负荷分配(ERTLD) [66年)选择最优转发节点根据接收信号强度指示(RSSI),剩余电池的传感器节点,数据包延迟。为了这个目的,ERTLD使用电晕机理,计算电晕水平移动节点的移动下沉的距离,和每个移动节点集单邻居与电晕水平小于或等于自己转发候选节点。每个移动节点计算最优转发(的)值使用三个参数选择转发候选节点中提到的程序。这些参数包率,RSSI链接质量,剩余的力量。因此,价值最高的邻居节点,最终被选为下一跳。另一个名为电势实时路由的协议(PRTR) [67年包分为实时和非实时包防止最短路径被nondelay敏感的数据包在网络拥挤。实时数据包选择最短的路径和非实时包选择另一个路由路径;这些方法从而降低最短路径的拥塞,降低实时数据包的传输延迟。对于这个操作,PRTR使用国旗的每个数据包报头领域区分数据包是否延迟敏感包或一个nondelay并允许数据包传输延迟敏感领先于其他包使用优先队列。图5在PRTR显示了示例数据的转发。如图5nondelay敏感的数据包转发沿着不同的路径,以防止堵塞。每个包是由国旗标识字段分组头中。广和金68年相结合提出了一个基于两跳速度的路由(THVR)算法和基于一个梯度网络减少期限比小姐(DMR)和提高能源效率的工业无线传感器网络。此外,马哈et al。69年)提出了一个能源意识到双路径路由方案考虑包的交付期限,在传感器网络高效的能源消耗,和可靠性。定期交流HELLO_PKT信标消息并计算每个节点的位置,邻近节点的剩余能量,估计时间延迟。之后,每个节点计算一个紧急因素基于剩余的距离和松弛时间信息,直到数据包到达目的地。此外,紧急的数据包根据紧迫性因素被传输到传播的边界范围。最后,Rachamalla和Kancharla70年]提出节能自适应路由协议(EE-ARP)通过结合自适应传输功率与任何地理路由算法,提高能源效率。

3.3。公司在网络实时通信

的研究公司通信网络是在两个方向上进行的。一个是扩展现有的方案,以适应公司要求流,另一个是开发新的通信协议来满足公司要求。尽管两种类型的机制有不同的目标,大多数方法的共同点,他们利用基于距离的优先级(菲律宾)值来区分优先级或选择下一跳。菲律宾值用于指示当前流状态。

在这个模型中,李et al。71年)提出了新的架构来解决可伸缩性问题,新的架构公司流。在新的集成架构,流聚合方案来源于组成层次模型和速度提出了基于协议来解决可伸缩性问题。此外,混合MAC协议和拥塞控制方案提出了满足公司限制的有效方法。图6显示了示例的操作方案。所有源节点选择足够的流。如果这个流传递相同的节点,流聚合为一个流。如果交通堵塞发生在节点 ,Level_Adjustment消息减少发送流量率。水槽或目的地节点定期测量QoS级别和每个源节点发送回复。这个回答触发流选拔程序是否满足条件。作为一个连续的方法,优化解决方案公司尚未提出。

3.3.1。MAC和调度

有几种方法来开发新的MAC和调度机制来满足公司流。至于调度,金(72年提出了一种新的调度算法公司流。包被菲律宾动态分配的优先级值,松弛时间,距离汇聚节点和链接的稳定性。特别是在水槽节点网络拥塞最关键的是通过调整权重因子有关。此外,赵和熊73年)提出了一个channel-aware通过包分区调度算法和实时交付。前者结合静态分配和动态调整减少数据包的数量在坏信道状态而后者是通过自动重复请求。此外,Semprebom et al。74年提出动态保证时间段(GTS)调度方法的基础上公司任务模型,以防止饥饿问题以及确保交付至少m在每个窗口的消息。由于固有的局限性在处理能力和能源消费,固定优先级调度算法提出了而不是动态的。最后,尽管Matusovsky [75年)提出了一个复苏的数据损失支持实时应用在无线网络,这个方案可以很容易地适用于传感器网络。在这项工作中,复苏是通过重传失败的数据包在点对多点网络与固定数量的节点。该算法是源于强化学习理论。

此外,一个新的MAC协议提出的加强内部IEEE 802.15.4 /无线个域网提供服务Semprebom et al。76年]。该方案旨在改善CSMA / CA算法分配分散的优先级的基础上公司任务模型。所以,失败可以减少出现的动态分配的最高优先级节点动态故障条件。最高优先级的帮助下,成功概率增加了在未来的传播。

3.3.2。路由

前一节中描述的方法来扩展速度提出了在77年]。在扩展公司的速度,下一跳的选择取决于链接速度和当前值类似。如果菲律宾值大于0,概率选择执行中可能的链接有速度高于阈值来分配负载。否则,选择一个合适的链接根据类似的价值。下一个扩展了Plum-Slowly Fetch-Quickly (PSFQ)支持公司有效地流在78年]。以满足公司要求,一段分为米子分段。如果当前值进行了类似包是负的,更严格的要求是暂时确保数据包交付以及控制重传。与解决方法基于实时方案,提出了扩展通用特设路由由Tekaya et al。79年]。这个扩展的目的是引入调度策略来增加入学率在AODV协议的实时交通。

扩展现有的协议,旁边江et al。80年)提出了基于链路质量估计的路由(lq)协议监控在湿地环境监测公司链接质量评估。实现能源效率、lq采用基于最小跳场的路由协议通过限制参与节点传输的数据包的数量。尽管lq介绍公司模型,适用性有限使用公司作为度量的链接。因此,使用一种新方法公司作为应用程序需求出现。此外,金正日和唱81年)提出了一种新的地理路由协议来满足公司要求。新协议将延迟,距离,剩下的松弛时间考虑基于优先级的调度和地理转发方案。对于后者,新的测量链路质量和自适应下一个跃点选择算法。

除了之前的通信协议,以下论文集中在恢复方案公司流。李和金82年)提出了一种新的故障恢复机制,雇佣当地的状态指示器(LSI)调整传输能力。大规模集成电路是用于制造的中间节点露出意识到自己的本地传输条件。LSI和溪流的帮助菲律宾,三个不同的主要来源为包丢失和长时间的推迟确认清楚。交通拥堵,链接失败,分别和无效的网络。根据其中一个,自适应地应用不同的复苏计划。这基于LSI的路由协议提高公司流由同一作者在83年]。能源效率的扩展是所以选择下一跳节点最大剩余能量。此外,不结盟运动(84年)提出了一种负载均衡路由协议(LBRP) 公司约束,考虑能源效率和延长网络生命周期。在该机制中,每个节点维护两个不同群体转发。选择下一跳从每组顺序,防止由多个转发能耗。下跳的候选集包含的节点速度高于阈值。

不同于以往的分层架构,跨层方法是由金和唱85年]。在这种方法中,在每一层新方案的开发公司要求从应用程序。基于这些信息,调整了物理层的传输范围。同时,优先级数据包在MAC层和多条路径建立在网络层完成公司动态约束。此外,一个框架,集成方案显示了实时要求的失效概率较低公司流程方案的帮助。然而,由于通信协议,有研究金和唱86年]介绍了交通模型和新的路由协议。尤其是应用和集群方案首先提到和解决的工作。根据价值,类似复制数据包被认为是传播恢复负面状态和链接的稳定提出了类似的一种形式。高性能测量和获得的这两个方案。尽管上述方法,引入有适用性问题公司在网络。为了解决这个问题,Azim et al。87年)提出了多准则系统转发公司流自当前现有的协议没有任何优先级顺序应用这些参数。这意味着有很多角度参数被认为是在转发方案。优化是通过两种方法,模糊干扰系统和层次分析法与灰色关联分析。这两个协议交货率、能量、速度、和公司流需求以及流现状来选择下一跳。最后的方法一样,一个新的聚类方案公司提出的流是金(88年]。集群方案,选择页眉和成员公司要求或最后期限。

4所示。开放的问题

4.1。多播和广播

正如我们在前一节中介绍的那样,大多数执行实时通信的单播通信。然而,越来越多的要求两组通信或数据交付整个节点。例如,水池节点提供了新的任务整体节点或通知一些节点对象的信息跟踪。因此,实时多播和广播是至关重要和必不可少的研究挑战。然而,较少的研究比单播实时多播和广播进行。详细的,因为多播和广播在很大程度上依赖于交付树,树初始化和维护过程应该考虑到期限。

4.2。能源效率

由于节点操作电池,能源效率问题总是比其他特性基础上给予更高的优先级。特别是,大多数方案实时通信可能会选择一个反复与最小成本路径。在这种情况下,沿着路径节点的电池会很快耗尽所以在早期时变得不可用。因此,节点上的失败导致了网络的生命周期。因此,实时通信协议应在节能设计方法。工作周期在MAC层和利用多条路径是好方法来实现能源效率。此外,能源意识到调度TDMA和QoS路由需要进一步研究探索。

4.3。仿真模型

实时通信性能,大多数研究是通过仿真来实现的。目前,各种仿真平台包括TOSSIM、OMNeT + +, NS-2/3一般框架进行仿真的基础上。特别是Lalomia et al。89年)提出了混合仿真模型与增强版的TOSSIM通过合并实际和虚拟节点无缝以及相互作用。以确保软实时系统,仿真时间限制由调度程序处理同步事件。此外,Rousselot et al。90年]提出OMNeT + +仿真模型基于内部IEEE 802.15.4四个评价模型验证提供服务及时性。然而,验证仿真模型的实时通信基础上还没有公布。因此,增加模块应该实现实时通信和集成与当前模拟器。

4.4。网络体系结构

大多数网络的实时通信协议设计的假设平面网络架构。另一方面,一些集群方案提出了实时通信在移动ad hoc网络。集群方案导致低能耗和路由开销。同时,由于集群可以解决可伸缩性问题,大规模传感器网络的实时通信应该考虑集群。此外,端到端延迟密切相关的啤酒花因此减少啤酒花为会议的最后期限要求。因此,细节来创建和维护集群以及路径选择值得被研究。在这方面,跨层架构和方法是另一种有前途的研究领域提高性能。有关这个问题,值得一提的是,超帧持续时间分配方案为簇首导致改进吞吐量cluster-tree [91年]。通过提出分配方案,网络拥塞在锅协调员,消息通信延迟高,大量的废弃的消息缓冲区溢出是显著降低。因此,它非常适合大规模网络能效QoS。

4.5。编程模型和工具

尽管许多编程模型和工具了(92年),系统没有编程模型和实时通信工具。此外,因为它们是与操作系统和调试工具,编程工具链需要作进一步的探讨。此外,编程工具应该考虑的特定应用程序实时要求;适当的应用程序编程接口(API)来管理组件需要被开发。此外,集成开发环境(IDE)要求允许用户轻松地开发实时应用程序。

4.6。适用性特设网络

传感器网络是基于ad hoc网络技术以来,大部分的计划工作在ad hoc网络没有显著变化,即使相反的是不可行的。然而,一些计划,设计具体方案需要修改或扩展应用于ad hoc网络。因此,协议假定高密度节点和数据聚合的基础上需要修改,减少干扰。例如,在原始的速度(55)协议,使每个节点邻居表中节点传输范围的可靠性。然而,边界周围的有限数量的节点传输范围是足够的对于表的特设网络广泛和带宽比WSN在哪里。另一方面,如果这些有限的资源限制传感器节点得到放松,当前的协议可以支持实时通信很容易在特设网络。

4.7。部署和应用

据报道,尽管萤火虫被部署在煤矿的人跟踪与语音通信,没有计划压倒性的其他人。也只有一个应用程序中,语音通信,利用传感器网络的实时通信。这表明更多的优化和定制的协议和框架是杀手级应用的要求。有关这个问题,因为真正的操作受到限制无线连接和能源约束,与无线蜂窝网络的集成或局域网需要研究。例如,Al-Rousan和Kullab93年]介绍了两层的架构在传感器网络实时通信。在他们的方法中,WLAN作为支柱的自适应集群低能量自适应聚类层次结构——基于(LEACH)的无线传感器网络。在此体系结构中,可靠的数据传递与减少延迟范围和降低能源消耗的WSN中观察到。

5。结论

在本文中,我们回顾了最近文献网络的实时通信。即使它不容易提供实时交流基础上考虑到恶劣的环境时,要求实时交付更增加。为了满足这一需求,各种方法基于硬和软实时模型。此外,我们解释了现有的研究工作公司在网络模型。每个协议简要介绍和解释。最后,进一步的研究提出了挑战和问题给予指导的研究趋势。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了基础科学研究项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由教育部资助(批准号nrf - 2015 r1d1a3a01019680)。

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