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第十章 服务质量保证 无线传感器网络服务质量概述 无线传感器网络服务质量研究现状与发展 无线传感器网络QOS关键问题 感知QoS保证 传输QoS保证 第十章 服务质量保证 无线传感器网络服务质量概述 通常来说，服务质量具有两方面的含义： 从应用的角度看，QoS代表用户对于网络所提供服务的满意程度； 从网络的角度看，QoS代表网络向用户所提供的业务参数指标。 在网络中，人们比较关注的服务质量标准主要包括可用性、吞吐量、时延、时延变化和丢包率等几个参数。 （1）可用性：指综合考虑网络设备的可靠性与网络生存性等网络失效因素，当用户需要时即能开始工作的时间百分比。 （2）吞吐量：又称为带宽，是在一定时间段内对网络流量的度量。一般来说，吞吐量越大越好。 （3）时延：指一项服务从网络入口到出口的平均经过时间。许多实时应用，如语音和视频等服务对时延的要求很高。 （4）时延变化：指同一业务流中所呈现的时延不同。高频率的时延变化称为抖动，而低频率的时延变化称为漂移。 （5）丢包率：指网络在传输过程中数据包丢失的比率。造成数据包丢失的主要原因有网络链路质量较差、网络发生拥塞等。 无线传感器网络服务质量概述 无线传感器网络服务质量研究现状与发展 1．应用层QoS保障技术 应用层QoS需求是由应用设计者和用户提出的。QoS可定义为系统生命期、查询响应时间、事件检测成功率、查询结果数据的时间空间分辨率、数据可靠性和数据新颖度。 2．数据管理层QoS保障技术 分布式传感器网络是由大量廉价的传感器节点组成的一个自组织系统，为了获得期望的服务质量，实现响应时间和资源需求，传感器节点必须互相协作，实现高效的信息采集和分发策略。 3．数据传输层QoS保障技术 PSFQ采取快吸慢取的方式，能够为具有不同可靠性需求的应用提供简单、健壮和可扩展的传输协议。 ESRT[6]是一个新颖的数据传输方法，用最少的能量获得可靠的事件检测结果，包含一个阻塞控制部件，既保证可靠性又节省能量。 上述文献主要研究的是数据传输层的QoS保障机制，QoS往往定义为数据传输的可靠性和实时性，同时要考虑能源高效性。 无线传感器网络服务质量研究现状与发展 4．网络层QoS保障技术 在WSN的体系结构中，网络层是提供QoS支持的主要部分。作为在网络层支持QoS的载体，QoS路由协议的好坏对无线传感器网络的性能有着重要的影响。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。 无线传感器网络服务质量研究现状与发展 WSN自身的特点决定了设计QoS路由协议将面临以下的挑战问题： （1）网络动态变化：节点的失效，链路的失败、节点的移动都可能引起网络拓扑的动态变化，这样一个高度动态变化的网络大大提升了QoS路由协议的复杂性。 （2）资源严重受限：包括能量、计算能力、存储能力、传输功率和带宽限制等，要求路由协议简单有效，在满足QoS的前提下尽量节省网络能耗，延长网络生命期。 （3）对多种业务QoS的支持：不同应用可能会有不同的QoS需求，这势必会增加路由协议的复杂性，给QoS路由协议带来新的挑战。 （4）能量和QoS的平衡：无线传输的能耗和距离成正比，为了节省能量，WSN常采用多跳传输方式，但由此也增加了通信延迟，因此必须找到一个最佳的平衡点。 （5）可扩展性：WSN的规模一般很大，路由协议只能采用分布式策略，通过局部拓扑信息构建并维护路由，即QoS路由协议的性能不应该随节点数量或密集度的增加而下降。 5．连通覆盖层的QoS保障技术 保证网络的感知覆盖度和连通度是传感器网络特殊的QoS需求，目前已有许多相关的研究工作。 6．MAC层的QoS保障技术 在WSN中，MAC协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的通信资源，对WSN的性能有较大的影响。目前，研究人员为无线网络提出一些基于冲突和载波监听的MAC协议，目标是最大化系统吞吐量，并未提供实时性保证。 7．交叉层支持QoS的中间件 。基于服务的中间件用于接收用户的QoS需求，以高效的可扩展的方式保障应用的实时性要求，利用节点的冗余保证容错，并且支持多Sink节点的多种QoS需求。 无线传感器网络服务质量研究现状与发展 无线传感器网络QOS关键问题 传感器网络的服务质量问题与这两类问题的关系非常密切，A指向B则表示A对B的影响，①到⑥的关联分别是： ①网络组织形态的具体形式会直接影响网络生命期，例如分簇形态下，簇头的能量消耗较快；又如网络为应用开启了多余的节点时，将造成网络能耗加快，从而导致网络生命期缩短。 ②随着网络生命期的延续，节点能量的消耗，又会影响到网络的组织形态，如节点能量耗尽将造成网络拓扑和