如何評價無線傳感器網(wǎng)絡的性能對于無線傳感器網(wǎng)絡的設計和應用都非常重要。系統(tǒng)性能評價指標必須結合傳統(tǒng)網(wǎng)絡的性能指標,同時,根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡的特點還要求其必須具有適合自己的性能評價指標。
通常來說,無線傳感器網(wǎng)絡性能的評價標準包括通信性能、能耗控制、基礎功能實現(xiàn)、感知精度和容錯性等5個方面。
1.通信性能
評價通信網(wǎng)絡性能的常用指標包括吞吐量、信道容量、鏈路利用率、節(jié)點利用率、系統(tǒng)平均響應時間、包延遲時間、延遲抖動和丟包率等。網(wǎng)絡對象和網(wǎng)絡承載業(yè)務不同,評價網(wǎng)絡通信性能的主要指標也不同。無線傳感器網(wǎng)絡的核心功能是對目標屬性的實時感知能力,強調(diào)節(jié)點間的協(xié)同處理,主要性能指標有吞吐量、丟包率、延遲、容錯性和響應時間等。
2.能耗控制
能耗控制中最直接的評價指標是網(wǎng)絡生存期。網(wǎng)絡生存期有兩類定義:以網(wǎng)絡中第一個節(jié)點能量耗盡而失效的時間為標識的I類網(wǎng)絡生存期;以網(wǎng)絡中源節(jié)點變?yōu)楣铝⒐?jié)點,即無法對鄰居節(jié)點傳遞任何數(shù)據(jù)(鄰居節(jié)點能量耗盡,無法工作)的時間為標識的II類網(wǎng)絡生存期。
無線傳感器網(wǎng)絡的生命周期是指從網(wǎng)絡啟動到不能為觀察者提供需要的信息為止所持續(xù)的時間。影響傳感器網(wǎng)絡生命周期的因素很多,既有外界因素也有內(nèi)部因素,但主要來自內(nèi)部的硬件因素和軟件因素,需要進行深入研究。其中,硬件因素有節(jié)點能源供應的情況,CPU、存儲器、無線通信模塊的能耗情況等;而軟件因素有通信協(xié)議棧的設計、基于應用的數(shù)據(jù)融合算法等。在設計無線傳感器網(wǎng)絡的軟、硬件時,我們必須充分考慮能源的有效性,最大化網(wǎng)絡的生命周期。假定網(wǎng)絡節(jié)點失效和拓撲變化僅因節(jié)點能量消耗殆盡引起,網(wǎng)絡生存期可通過盡量降低節(jié)點能耗和均衡網(wǎng)絡能量消耗來延長。
3.基礎功能實現(xiàn)
無線傳感器網(wǎng)絡在不同應用環(huán)境中要求完成不同功能,但仍可抽取并定義不同應用共有的基礎功能,如目標對象的屬性值測定、感興趣事件的檢測和參數(shù)估計、目標對象的分類和識別、目標對象的定位和跟蹤等。因此,常用的基礎功能評價指標有屬性估計誤差、事件監(jiān)測概率、目標誤檢率、定位精度和誤差等。
4.感知精度
無線傳感器網(wǎng)絡的感知精度是無線傳感器網(wǎng)絡中特別重要的一個參數(shù),是指觀察者接收到的感知信息的精度。傳感器自身的感知能力、精度和傳感器節(jié)點的信息處理方法、通信能力、通信協(xié)議等都會對網(wǎng)絡的感知精度有所影響。感知精度、延遲和能量消耗之間有著密切的關系,通常較高的感知精度會導致更大的時間延遲和能量消耗。在無線傳感器網(wǎng)絡設計中,我們需要權衡三者的得失,使系統(tǒng)能在最小能源開銷條件下最大限度地提高感知精度、降低網(wǎng)絡延遲。
5.容錯性
由于環(huán)境或其他原因,物理地維護或替換失效傳感器常常是困難或不可能的。這樣傳感器網(wǎng)絡的軟、硬件必須具有很強的容錯性,以保證系統(tǒng)具有高強度性。
綜上所述,無線傳感器網(wǎng)絡的性能指標不僅是評價無線傳感器網(wǎng)絡的標準,也是無線傳感器網(wǎng)絡設計的優(yōu)化目標,為了使對無線傳感器網(wǎng)絡性能的評價有更加科學合理的標準,在此方向上的研究還有大量的工作需要去做。
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