根据无线传感器 网络的特有结构及应用的特殊要求,可以总结出无线传感器网络系统的关键性能评估指标:网络的工作寿命、网络覆盖范_、网络搭建的成本和难易程度、网络响应时间。这些评定指标之间是相互关联的,通常为了提高其中一个指标必须降低另一个指标,比如降低网络的响应:时问性能可以延长系统的工作寿命。这些指标构成的多维空间可以用于评估一个无线传感器网络系统的整体性能。
1、网络的工作寿命
任何一个传感器网络搭建之前首先要考虑的就是系统的工作寿命。环境数据采集和安全监测应用中的网络节点一般都布置在无人区域,常常需要数月甚至几年的工作寿命,长期保持稳定的工作状态显得尤其重要。
影响网络工作寿命的首要因素是能源供给。每个网络节点必须能够管理自身的能源供给以使网络寿命最人化。节点的最小工作寿命往往会成为限制网络系统正常工作的重要因素,例如安全监测应用中任意一个节点的失效都可能使系统失效。在某些应用场合中,网络可以采用外部电源供电,如采用相关建筑物的供电系统对部分甚至全部网络节点供电。然而,对于无线传感网络系统来说,首要的优点是网络搭建的简易性,采用外部供电方式恰恰削弱了无线传感网络的这一优点,但开发者可以采取折中的方法,即只对很少的特殊节点采用外部供电的方式。
多数的应用场合中火部分网络节点还是采用自身供电方式,其能源储备能够维持数年时间,或者这些网络节点能够通过附加设备从所在环境中获取能源,例如太阳能电池和压电换能装置,选择这些供电方式的前提足节点的平均功耗足够低。在已经确定了能源供给的情况下,决定系统工作寿命最主要的冈素是无线收发器的功耗大小。网络节点无线收发器的功耗是网络系统最主要的功耗,可以通过降低传输信号的输出功率或者降低无线收发器的工作频率来降低功耗,但不管哪种方法都会影响网络系统其他方而的性能。
2、络覆盖范围
无线传感器网络的第二大性能指标是网络的覆盖范围。对于一个实际网络来说,能够覆盖更人的范M通常是更有意义的車情,而且终端用户使用也会更方便。在无线传感器网络中,覆盖范围不仅仅局限于单个节点的无线通信距离,因为采用多跳通信技术可以大大扩展网络的覆盖范围,理论上可以无限地扩展网络的范围,但在实际应用中,覆盖范围越大,也就预示着信息传递所需经过的节点越多,同时对于处于关键路径的节点来说,需要传输的次数也会越多,从而增加网络节点的功耗,降低网络的工作寿命。
和覆盖范围相关的足网络容纳节点的数量,即可扩展性。可扩展性是无线传感器网络的一大优点。网络用户可以先组建很小的网络,随后不断增加传感器节点以采集更多的信息。
该网络采用的技术必须能满足其网络扩展的要求。与此同时,在网络扩展过程中,必须注意这样的问题:增加系统中网络节点的数量会影响到系统的工作寿命和采样速率。冈为更多的节点意味着更多数据的无线传输和更多的功耗,并且原来的采样周期也会相应增加。
3、网络搭纽成本和难易松度
网络搭建容易是无线传感器网络的突出优点。由于无线传感器网络通常对以自组织网络,因此施工人员就无端了解其底层的通信机制,没有经过特别培训的人员也可以在其关心的区域中组建简易的无线传感器网络。理想情况下,传感器网络可以根据任意的节点布置方式自组织网络。但是在真实的成用环境中,不同的场景和目的制约着节点的布置方式,节点不可能任意无限制地布置,所以在搭建网络时,无线传感器网络还应该能够自我评定网络组建的性能以及指示潜在的问题,这就要求任意一个节点都对以发现与其相关的链路信息并评定其链接性能。
在无线传感器网络的整个生命周期中,系统还必须能够根据环境的变化自适应地重组网络。部分节点可能需要重新布置,或者会有外部的干扰影响部分节点的通信,这些因素的存在都要求网络能够自动地重新配置资源或者给用户提供明确的指示。
网络的初始布置和配置只是网络系统生命周期中的第一步。从长远角度看,系统成本还包括更多的网络维护费用,对于安全监测的应用网络特别要保证其系统性能的鲁棒性。除了组建网络前须要进行软硬件测试之外,还必须建立具备自维护功能的传感器系统,而且在需要额外维护时还能产生要求维护的请求。
在实际组建的网络中,系统维护和确认将会消耗一部分网络资源,网络诊断和重新设置也将减少网络的工作寿命,同时还会降低网络的采样速率。
4、络响应时问
每个网络都存在一个特定的响应时问,对于大多数的无线传感器网络的应:用来说,其响应时间可能不会有非常严格的要求,但是在安全监测类系统中,网络的响成时问是主要的评定指标,即发生安全异常車件时必须立即发送警报消息。尽管节点大部分时间处于低功耗状态,但是一旦发生异常車件,节点必须能尽快实时传送优先级最高的鳘报消息序列。响应时间在环境监测的成用网络中显得同样重要,例如工业规划设计者设想将无线传感器网络用于工业过程控制,只要响应时闽满足应用要求,网络系统就可以保证实际的成用。
但是快速响应时间和网络工作寿命是相互制约的,如果每分钟开启一次无线收发器,系统的平均功耗相对较低,然而这在安全监测网络中将无法满足实时监测的要求。如果节点采用外部供电方式使之一直处于工作状态,可以随时侦听警报消息并发送到基站,这样就可以保证快速的响应时间,但同时也增加了网络布置的难度。