无线传感器和执行器网络简单模型及应用优化

目前，WSAN应用很少使用上一节中描述的理论模型。理论成果和实际应用之间存在着一定差距。在本节中，我们将根据最近的研究文献，来描述几种无线传感器与执行器网络的简单模型，它们无法归入前面提到的分类。在所有情况下，无线通信是一种单跳通信，即在传感器与执行器之间或在两个执行器之间直接进行通信。

参考文献（Korber et al.，2007）研究了一种典型的WSAN星形拓扑。在这种星形拓扑中，BS充当网络控制器和连接上层的网关。BS可能包含有线总线和无线空中接口。MAC层采用TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）技术。将每个传感器集成到执行器中，形成一个传感器-执行器模块。这些模块能够以单跳无线通信的方式到达BS。通过为每个传感器和执行器分配时隙和频隙，可以避免传感器和执行器之间的通信冲突。例如，在WSAN网络QoS、可靠性、实时通信和节点生命周期之间存在着折衷问题。但是，在WSAN的许多应用中，需要优先保证实时通信和已定义的时序行为。星形拓扑是一种满足实时要求的有效解决方案。同时，参考文献（Korber et al.，2007）还指出，单跳无线通信对于可靠工业应用是非常重要的。

WSAN可以应用在公牛繁殖牧场，主要用于控制公牛的攻击行为。参考文献（Wark et al.，2007）描述了这种应用。繁殖期公牛之间的搏斗可能会为公牛带来严重伤害，这些公牛都是高价值动物。因此，对于饲养业来说，在不需要人工干预的情况下，保护这些高价动物是非常关键的。解决思路是在公牛项圈上安装传感器和执行器，用来检测和控制公牛的行为。硬件平台能够集成大范围内的传感器和执行器，它是由Atmega 128处理器和8MB闪存组成的。机载无线电收发信机和硬件平台以及可充当执行器的集成激励面板，安装在特殊设计的项圈内。集成传感器根据位置和速度观测数据，估计公牛的动态。一旦检测到某个公牛发动攻击行为，执行器将会对公牛进行一次刺激。(www.xing528.com)

参考文献（Dengler et al.，2007）对智能家居中的传感器和执行器网络进行了研究，该网络可以为老年人和残疾人提供服务。主要目标是监测空调、灯光、采暖等家居系统，以及控制家庭娱乐和安全系统的基本功能。在实验中，包括一个“生活区”和“厨房”的试验区代表智能家居环境。传感器网络是由3个BTnode、1个基于蓝牙无线的自治无线通信和计算平台、1个微控制器构成。每个BTnode安装有若干个BTsense v1.1a传感器板和用于检测灯光、运动和湿度的合适传感器。传感器每隔30s测量一次数据。如果某个传感器发送5条以上未确认的紧急呼叫，则通过对移动机器人进行编程，使其直接移动到传感器节点处。参考文献（Li，2006）对智能家居监测的另一种应用进行了描述。

应用WSAN来监测环境的一个实例是火灾探测系统。在建筑物或感兴趣区域配置一组传感器节点。如果监测区域发生了火灾，则靠近火源的传感器将火灾的位置和强度报告给喷灌机执行器。一旦接收到来自于传感器节点的报警信息，喷灌机执行器分析火灾强度，并在火灾变得不可控之前采取适当行动。