Using WiMax to Achieve WSN Applications Performance in Distributed Phenomena.pdf

1、Worldwide Interoperability for Microwave Access(WiMax)，即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX也叫802·16無(wú)線城域網(wǎng)或802.16。WiMAX是一項(xiàng)新興的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高，采用了代表未來(lái)通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、MIMO等先進(jìn)技術(shù)，

2、隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，WiMAX逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會(huì)越來(lái)越高。
　　WiMax可以覆蓋廣大的地理區(qū)域，一般情況下它能達(dá)到15公里的范圍，在非視距條件下其通信范圍可達(dá)50公里，在郊區(qū)環(huán)境這一特點(diǎn)顯得尤為重要。使用WiMax接入技術(shù)，運(yùn)營(yíng)商能夠?yàn)閺V大地域內(nèi)的用戶提供服務(wù)，與光纖、光纜或DSL部署相比WiMax的部署成本更低。由于高帶寬和高覆蓋范圍可以使用于不同的潛在應(yīng)用，利用傳感器

3、技術(shù)和無(wú)線通信的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)被視為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，它將極大地影響人們的生活。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的不同，來(lái)自同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器信息不能便捷的共享。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是許多小的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)集體合作共同完成諸如熱度，濕度和振動(dòng)等相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和處理工作，并通過(guò)分布式的傳輸數(shù)據(jù)信息給終端用戶從而形成一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)通常不能孤立的工作，而需要連接到外部網(wǎng)絡(luò)，只有通過(guò)這

4、些外部網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)與控制信息才能夠到達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　本文提出一種新的用于WiMax和WSN之間的連接系統(tǒng)-WiMax傳感器連接(WSC)，實(shí)現(xiàn)WiMax在無(wú)線方面的應(yīng)用，利用WiMax在WSN上的先進(jìn)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到減少開(kāi)銷，延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)總生存期的目的，能更好地覆蓋，加快高能力死亡節(jié)點(diǎn)的更換，使之更加靈活，有效地獲得更多新特性。用WSC跟其他老技術(shù)進(jìn)行相比，WSC具有所有性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，可以提供足夠的和重要的數(shù)據(jù)傳輸和接收，能在任何地方

5、獲取遙感數(shù)據(jù)，它具有較高的能力和效率連接WiMax基站與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種技術(shù)可以讓專家監(jiān)視系統(tǒng)，可以使用自己的手機(jī)，以獲得有關(guān)森林狀態(tài)的更新，具備管理傳感器的范圍，壓縮傳感器的數(shù)據(jù)和很大減少能源消耗的能力。在災(zāi)難恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)缺乏基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的有線網(wǎng)絡(luò)被破壞時(shí)，WSC系統(tǒng)能提供快速和廉價(jià)的寬帶接入。
　　WSC作為骨干系統(tǒng)工作，WiMAX基站可以輕松快速地部署，與使用舊機(jī)制傳輸數(shù)據(jù)相比其成本較低。用WSC與其他老技術(shù)比較，WS

6、C能減少報(bào)告所需的時(shí)間并且能很快很容易檢測(cè)出大火，此應(yīng)用是使用WSC作為最后一英里連接，它具有較高的廣域覆蓋能力，把它作為一個(gè)回程技術(shù)覆蓋延伸到森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)。
　　WSC的體系結(jié)構(gòu)由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：WiMax網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組(WPG)，WPG包含一組無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。WSN是由一定數(shù)量的傳感器構(gòu)成。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制單元(WCU)是負(fù)責(zé)管理整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信，扮演向外通信的網(wǎng)關(guān)。任何目的為WSN外網(wǎng)的數(shù)據(jù)將被發(fā)到WCU以作處理。

7、Sink節(jié)點(diǎn)是一個(gè)全功能的WSN節(jié)點(diǎn)。在WSC中有兩種類型的橋接器件。一種是連接WiMax網(wǎng)絡(luò)和WPG的WiMax網(wǎng)關(guān)，另一種是連接WPG和WSN的WSN控制單元。他們是整個(gè)系統(tǒng)互連的最重要的部分。
　　本文討論WSC從部署傳感器節(jié)點(diǎn)在森林中到在森林?jǐn)?shù)據(jù)中心(FDC)獲取數(shù)據(jù)的所有步驟，WSC方案開(kāi)始于隨機(jī)部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)在森林中，隨機(jī)選擇一些節(jié)點(diǎn)作為下層節(jié)點(diǎn)，使用維諾方塊將森林區(qū)域劃分成多個(gè)更小的子區(qū)域，以方便處理多個(gè)無(wú)線傳

8、感器構(gòu)成的組內(nèi)部和各組之間的通信?；贘XTA技術(shù)，選擇使用不同方法和技術(shù)的負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，使用Slepian-Wolf和CT技術(shù)去壓縮數(shù)據(jù)，通過(guò)減少負(fù)責(zé)向下層節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的傳感器數(shù)量以減少更多傳感器能量，理由是沒(méi)有必要為了相同的上報(bào)經(jīng)過(guò)整個(gè)傳感器去發(fā)送相同數(shù)據(jù)，采用一定數(shù)量的活動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)使得比其他技術(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)要少。并且相比普通區(qū)域間傳播，代價(jià)要小很多，是因?yàn)樵谧訁^(qū)域的每個(gè)節(jié)點(diǎn)直接與下層節(jié)點(diǎn)相連。在每個(gè)子區(qū)域的傳感器數(shù)量，活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量減

9、少。另外CT假設(shè)從傳感器取的值是1或者0，使得從傳感器節(jié)點(diǎn)傳送到下層節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量減少。不是發(fā)送全部向量值，發(fā)生一個(gè)值以代表每個(gè)向量，從而假如每個(gè)向量至少一個(gè)元素并且該元素值是1就表示在這個(gè)子區(qū)域有火，只發(fā)送一個(gè)值。這樣能在這個(gè)子區(qū)域中節(jié)省大量能量消耗。向下層節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的所有過(guò)程處理完后，下層節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到WiMax網(wǎng)關(guān)，當(dāng)WiMax網(wǎng)關(guān)收到任何從WiMax用戶過(guò)來(lái)的命令，它首先在一個(gè)表中存儲(chǔ)這個(gè)命令的項(xiàng)目，當(dāng)這個(gè)標(biāo)記值被設(shè)置為0時(shí)，它

10、抽取這個(gè)命令的內(nèi)容，把這個(gè)內(nèi)容封裝到請(qǐng)求消息中。處理完后，WG將依據(jù)WSN ID發(fā)送到對(duì)應(yīng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)控制單元，WiMax網(wǎng)關(guān)與WiMax基站建立通信并發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)WiMax的應(yīng)用程序，這些數(shù)據(jù)被送到FDC。在某種情況下，我們的一些傳感器節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離基站的覆蓋區(qū)域，使用舊方式我們就不能或者只能為了這些節(jié)點(diǎn)特殊建立一個(gè)基站以發(fā)送這些傳感器數(shù)據(jù)到WiMax網(wǎng)關(guān)再到WiMax基站。
　　使用WSC去盡早偵察和預(yù)防森林火災(zāi)，將很好地減少影響

11、我們?nèi)粘Ｉ畹奈ｋU(xiǎn)，之前作為一個(gè)關(guān)于WSC表現(xiàn)的例子討論和描述WSC怎樣運(yùn)行的可能場(chǎng)景，講述了從中所受益和得到的好處。
　　通過(guò)該檢查和比較后，本文總結(jié)了這套系統(tǒng)與以前最好的關(guān)注節(jié)能的技術(shù)相比，比如HTCP，它可以延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體壽命，WSC有較高和快速的傳輸、接收數(shù)據(jù)，低成本的基礎(chǔ)設(shè)施和快速部署，可以讓專家監(jiān)視系統(tǒng)，他們可以使用自己的手機(jī)，以獲得有關(guān)森林狀態(tài)的更新，并且具備一種良好的管理傳感器的范圍能力，很容易改變傳感器位置