無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )通信體系結構

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現需要自組織網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，相對于一般意義上的自組織網(wǎng)絡(luò )，傳感器網(wǎng)絡(luò )有以下一些特色，需要在體系結構的設計中特殊考慮。

(1)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)數目眾多，這就對傳感器網(wǎng)絡(luò )的可擴展性提出了要求，由于傳感器節點(diǎn)的數目多，開(kāi)銷(xiāo)大,傳感器網(wǎng)絡(luò )通常不具備全球唯一的地址標識，這使得傳感器網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層相對于一般網(wǎng)絡(luò )而言有很大的簡(jiǎn)化。

(2)自組織傳感器網(wǎng)絡(luò )最大的特點(diǎn)就是能量受限，傳感器節點(diǎn)受環(huán)境的限制，通常由電量有限且不可更換的電池供電，所以在考慮傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構以及各層協(xié)議設計時(shí)，節能是設計的主要考慮目標之一。

(3)由于傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的環(huán)境的特殊性，無(wú)線(xiàn)信道不穩定以及能源受限的特點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)受損的概率遠大于傳統網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，因此自組織網(wǎng)絡(luò )的健壯性保障是必須的，以保證部分傳感器網(wǎng)絡(luò )的損壞不會(huì )影響全局任務(wù)的進(jìn)行。

(4)傳感器節點(diǎn)高密度部署，網(wǎng)絡(luò )拓撲結構變化快。對于拓撲結構的維護也提出了挑戰。

根據以上特性分析，傳感器網(wǎng)絡(luò )需要根據用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )的需求設計適應自身特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )體系結構，為網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和算法的標準化提供統一的技術(shù)規范，使其能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。無(wú)線(xiàn)傳感執行網(wǎng)絡(luò )通信體系結構如圖4所示，即橫向的通信協(xié)議層和縱向的傳感器網(wǎng)絡(luò )管理面。通信協(xié)議層可以劃分為物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層、應用層。而網(wǎng)絡(luò )管理面則可以劃分為能耗管理面、移動(dòng)性管理面以及任務(wù)管理面，管理面的存在主要是用于協(xié)調不同層次的功能以求在能耗管理、移動(dòng)性管理和任務(wù)管理方面獲得綜合考慮的最優(yōu)設計。

(1)物理層

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的傳輸介質(zhì)可以是無(wú)線(xiàn)、紅外或者光介質(zhì)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )主要使用無(wú)線(xiàn)傳輸。

(2)數據鏈路層

數據鏈路層負責數據流的多路復用、數據幀檢測、媒體接入和差錯控制。數據鏈路層保證了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )內點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)的連接。

媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)層協(xié)議主要負責兩個(gè)職能。其一是網(wǎng)絡(luò )結構的建立。因為成千上萬(wàn)個(gè)傳感器節點(diǎn)高密度地分布于待測地域，MAC層機制需要為數據傳輸提供有效的通信鏈路，并為無(wú)線(xiàn)通信的多跳傳輸和網(wǎng)絡(luò )的自組織特性提供網(wǎng)絡(luò )組織結構。其二是為傳感器節點(diǎn)有效合理地分配資源。

(3)網(wǎng)絡(luò )層

傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)高密度地分布于待測環(huán)境內或周?chē)�，�?a href="http://www.d5tw3.cn/class35.html">傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)送節點(diǎn)和接收節點(diǎn)之間需要特殊的多跳無(wú)線(xiàn)路由協(xié)議。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的路由算法在設計時(shí)需要特別考慮能耗的問(wèn)題�；�于節能的路由有若干種，如最大有效功率(PA)路由算法、最小能耗路由算法、基于最小跳數路由、基于最大最小有效功率節點(diǎn)路由等。傳感器網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )層的設計特色還體現在以數據為中心。在傳感器網(wǎng)絡(luò )中人們只關(guān)心某個(gè)區域的某個(gè)觀(guān)測指標的值，而不會(huì )去關(guān)心具體某個(gè)節點(diǎn)的觀(guān)測數據。而傳統網(wǎng)絡(luò )傳送的數據是和節點(diǎn)的物理地址聯(lián)系起來(lái)的，以數據為中心的特點(diǎn)要求傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠脫離傳統網(wǎng)絡(luò )的尋址過(guò)程，快速有效的組織起各個(gè)節點(diǎn)的信息并融合提取出有用信息直接傳送給用戶(hù)。

(4)傳輸層

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的計算資源和存儲資源都十分有限，而且通常數據傳輸量并不是很大。因而，傳感器網(wǎng)絡(luò )是否需要傳輸層是一個(gè)問(wèn)題。因特網(wǎng)的傳輸控制協(xié)議 (TCP)是基于全局地址的端到端傳輸協(xié)議，其設計思想中基于屬性的命名對于傳感器網(wǎng)絡(luò )的擴展性并沒(méi)有太大的必要性，因此適合于傳感器網(wǎng)絡(luò )的傳輸層協(xié)議應該更類(lèi)似于UDP協(xié)議。