

傳輸調(diào)度因其在網(wǎng)絡(luò)性能和避免干擾等方面展現(xiàn)出的巨大潛力,正吸引著越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。研究人員針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求和新特征進(jìn)行了大量卓有成效的研究,新的傳輸調(diào)度方法層出不窮。但由于各種傳輸調(diào)度方法關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)特性、優(yōu)化的性能指標(biāo)、采取的技術(shù)手段和面向的具體應(yīng)用各不相同,因而實(shí)際效果千差萬(wàn)別。事實(shí)上,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸調(diào)度方法研究的趨勢(shì)并沒(méi)有呈現(xiàn)收斂性,也無(wú)法形成標(biāo)準(zhǔn)。究其原因: 先,傳輸調(diào)度方法不可避免的受到物理硬件平臺(tái)和物理層協(xié)議的影響,而目前作為協(xié)議棧底層基礎(chǔ)架構(gòu)的物理層仍缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn);其次,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用高度相關(guān),應(yīng)用差異性使得傳輸調(diào)度方法無(wú)法兼顧所有的網(wǎng)絡(luò)特性,只能在多個(gè)性能指標(biāo)之間做出選擇和折中。鑒于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)于應(yīng)用相關(guān)的要求(主要為實(shí)時(shí)性和性) 加嚴(yán)格,使得現(xiàn)階段的研究工作在調(diào)度建模、約束滿足、調(diào)度方法、容限分析、測(cè)試和驗(yàn)證等方面還存在很多需待解決的問(wèn)題。
1)調(diào)度建模問(wèn)題
建模是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象和簡(jiǎn)化,是調(diào)度算法設(shè)計(jì)和分析的基礎(chǔ)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸調(diào)度問(wèn)題具有復(fù)雜動(dòng)態(tài)、多目標(biāo)、多約束等特點(diǎn),需要解決考慮多種因素、綜合多種指標(biāo)的傳輸調(diào)度建模問(wèn)題。而針對(duì)目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn),傳輸調(diào)度的約束主要由點(diǎn)到點(diǎn)單跳傳輸間的順序關(guān)系、報(bào)文截止期、單跳成功率、與位置相關(guān)的信道占用以及能量等約束構(gòu)成;傳輸調(diào)度的目標(biāo)主要由資源利用率、截止期、能耗以及各目標(biāo)的均衡構(gòu)成。同時(shí),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境,特別是工業(yè)應(yīng)用環(huán)境,存在不確定因素:環(huán)境干擾嚴(yán)重、溫度變化范圍大(一般從-45℃~80℃);高濕度、高震動(dòng)以及頻繁移動(dòng)的人員和設(shè)備,使得信道的狀態(tài)和容量會(huì)隨著時(shí)間、位置和頻率而變化;節(jié)點(diǎn)加入、離開(kāi)和失效等導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由等也具有動(dòng)態(tài)性。種種因素對(duì)傳輸調(diào)度的 建模提出了 高的實(shí)用性和靈活性要求,增加了調(diào)度建模的難度。因此,需要對(duì)具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)性、復(fù)雜時(shí)空約束和多目標(biāo)的傳輸調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行 建模。
2)約束滿足問(wèn)題
目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)報(bào)文截止期和成功傳輸率的要求 加苛刻。在網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、信道時(shí)空變化頻繁等前提下,如何將端到端的截止期約束和成功傳輸率約束轉(zhuǎn)化為傳輸調(diào)度算法所能處理的單跳約束,是需要下一步解決的問(wèn)題。而目前的傳輸調(diào)度方法對(duì)這2個(gè)約束考慮較少,致使現(xiàn)有研究成果無(wú)法直接應(yīng)用。
3)調(diào)度方法問(wèn)題
大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)、周期性任務(wù)等特點(diǎn),使得問(wèn)題的求解面臨著組合爆炸問(wèn)題;大規(guī)模、分布式等特點(diǎn),使得集中式算法無(wú)法滿足應(yīng)用,而分布式局部調(diào)度算法又面臨著無(wú)法確定性要求和全局 優(yōu)的困擾。非周期性任務(wù)、信道狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由的改變等不確定性因素,對(duì)傳輸調(diào)度方法提出了 高的自適應(yīng)要求。現(xiàn)有的集中式傳輸調(diào)度方法,存在單點(diǎn)故障問(wèn)題且開(kāi)銷較大,而分布式傳輸調(diào)度方法于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。此外,現(xiàn)有的傳輸調(diào)度方法分配方式固定,主要面向周期性任務(wù),而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性考慮較少。因此,需要研究適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的、分布式優(yōu)化的、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性的、和輕型的傳輸調(diào)度方法。
4)容限分析問(wèn)題
網(wǎng)絡(luò)容量和所需通信資源上下限,是評(píng)價(jià)傳輸調(diào)度算法優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)?,F(xiàn)有的研究主要針對(duì)Adhoc網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,且不考慮底層協(xié)議對(duì)于網(wǎng)絡(luò)容量的影響,從而導(dǎo)致分析結(jié)果過(guò)于理想。因此,需要研究考慮底層協(xié)議,特別是傳輸調(diào)度協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò)容量,為后續(xù)底層協(xié)議的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。
5)測(cè)試和驗(yàn)證問(wèn)題
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中的應(yīng)用才剛剛起步,現(xiàn)有的研究還主要采用仿真驗(yàn)證和小規(guī)模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,缺乏完善的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和驗(yàn)證體系。需要設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),建立評(píng)價(jià)體系,以對(duì)研究成果進(jìn)行地驗(yàn)證。
綜上所述,面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸調(diào)度問(wèn)題,是具有明確應(yīng)用背景和相當(dāng)研究難度的問(wèn)題,已有的傳輸調(diào)度理論和方法還不能滿足實(shí)際問(wèn)題的需求,尤其是目前對(duì)于傳輸調(diào)度的研究仍然是一個(gè)空白。另一方面,在傳輸調(diào)度理論已經(jīng)取得重要進(jìn)展的前提下,針對(duì)新、發(fā)掘新問(wèn)題,面向?qū)嶋H拓展研究的和廣度,是傳輸調(diào)度理論研究的重要方向。