無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)- - 網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)OSI參考模型參考模型開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參考模型開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參考模型( OSI )共有共有7個層次：物理層、數(shù)據(jù)個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。除物理層鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。除物理層和應(yīng)用層外，其余每層都和相鄰上下兩層進行通信。和應(yīng)用層外，其余每層都和相鄰上下兩層進行通信。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議類似于傳統(tǒng)類似于傳統(tǒng)Internet網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議體系，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、

2、協(xié)議體系，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成網(wǎng)絡(luò)管理平臺網(wǎng)絡(luò)管理平臺網(wǎng)絡(luò)管理平臺主要是對傳感器結(jié)點自身的管理和用戶對傳感網(wǎng)絡(luò)管理平臺主要是對傳感器結(jié)點自身的管理和用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理，包括拓撲控制、服務(wù)質(zhì)量管理、能量管理、器網(wǎng)絡(luò)的管理，包括拓撲控制、服務(wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、移動管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。安全管理、移動管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。1. 拓撲控制：拓撲結(jié)構(gòu)不斷變化拓撲控制：拓撲結(jié)構(gòu)不斷變化2. 服務(wù)質(zhì)量管理：設(shè)計隊列管理、優(yōu)先級機制或者帶寬預(yù)留服務(wù)質(zhì)量管理：設(shè)計隊列管理、優(yōu)先級機制或者帶寬預(yù)留等機制；網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間等機

3、制；網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸與共享的質(zhì)量約定。關(guān)于信息傳輸與共享的質(zhì)量約定。3. 能量管理：合理、有效地控制結(jié)點對能量的使用，每個協(xié)能量管理：合理、有效地控制結(jié)點對能量的使用，每個協(xié)議層次中都要增加能量控制代碼，并提供給操作系統(tǒng)進行議層次中都要增加能量控制代碼，并提供給操作系統(tǒng)進行能量分配決策。能量分配決策。網(wǎng)絡(luò)管理平臺網(wǎng)絡(luò)管理平臺4安全管理：接入認證安全管理：接入認證/鑒權(quán)、數(shù)字水印和數(shù)據(jù)加密等鑒權(quán)、數(shù)字水印和數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。技術(shù)。5移動管理：監(jiān)測和控制結(jié)點的移動，維護到匯聚結(jié)點移動管理：監(jiān)測和控制結(jié)點的移動，維護到匯聚結(jié)點的路由，還可以使傳感器結(jié)點跟蹤它的鄰居

4、。的路由，還可以使傳感器結(jié)點跟蹤它的鄰居。6 網(wǎng)絡(luò)管理：對傳感器網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備和傳輸系統(tǒng)進行有網(wǎng)絡(luò)管理：對傳感器網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備和傳輸系統(tǒng)進行有效監(jiān)視、控制、診斷和測試所采用的技術(shù)和方法。效監(jiān)視、控制、診斷和測試所采用的技術(shù)和方法。應(yīng)用支撐平臺應(yīng)用支撐平臺應(yīng)用支撐平臺建立在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的應(yīng)用支撐平臺建立在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的基礎(chǔ)之上，包括一系列基于監(jiān)測任務(wù)的應(yīng)用層軟件，基礎(chǔ)之上，包括一系列基于監(jiān)測任務(wù)的應(yīng)用層軟件，通過應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口來為終端用戶提供通過應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口來為終端用戶提供各種具體應(yīng)用的支持。各種具體應(yīng)用的支持。物理層物理層物理層的特點是負責(zé)在物

5、理鏈接上傳輸二進制比特流，并提供為建立、維護物理層的特點是負責(zé)在物理鏈接上傳輸二進制比特流，并提供為建立、維護和釋放物理鏈接所需要的機械、電氣、功能和規(guī)程的特性和釋放物理鏈接所需要的機械、電氣、功能和規(guī)程的特性物理層的主要功能如下：物理層的主要功能如下：(1)為數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路。為數(shù)據(jù)終端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路。數(shù)據(jù)通路可以試一個物理介質(zhì)，也可以是由多個物理介質(zhì)連接而成的。數(shù)據(jù)通路可以試一個物理介質(zhì)，也可以是由多個物理介質(zhì)連接而成的。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸包括激活物理鏈接、傳送數(shù)據(jù)和終止物理鏈接。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸包括激活物理鏈接、傳送數(shù)據(jù)和終止物理鏈接。(2)傳輸數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)。保

6、證數(shù)據(jù)能在物理層正確通過，并提供足夠的帶寬，以減少信道的擁塞。保證數(shù)據(jù)能在物理層正確通過，并提供足夠的帶寬，以減少信道的擁塞。(3)其他管理工作。其他管理工作。如信道狀態(tài)評估、能量檢測等。如信道狀態(tài)評估、能量檢測等。物理接口的四個特性物理接口的四個特性 (1)機械特性機械特性 物理鏈接時使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數(shù)量和排物理鏈接時使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等列情況等 (2)電氣特性電氣特性 物理鏈接上傳輸二進制比特流時，線路上的信號的電平高低、阻抗以及阻物理鏈接上傳輸二進制比特流時，線路上的信號的電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限

7、制抗匹配、傳輸速率與距離限制 (3)功能特性功能特性 物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為物理接口上各條信號線的功能分配和確切定義。物理接口信號線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線數(shù)據(jù)線、控制線、定時線和地線 (4)規(guī)程特性規(guī)程特性 定義了信號線進行二進制比特流傳輸時的一組操作過程，包括各信號線的定義了信號線進行二進制比特流傳輸時的一組操作過程，包括各信號線的工作規(guī)則和時序工作規(guī)則和時序物理層的主要技術(shù)物理層的主要技術(shù)無線通信物理層的主要技術(shù)包括無線通信物理層的主要技術(shù)包括介質(zhì)的選擇、頻段的選擇、調(diào)制技術(shù)和擴頻介質(zhì)的選擇、頻段的選擇、調(diào)制技術(shù)和擴頻技術(shù)技術(shù)。 (1

8、) (1)介質(zhì)和頻段選擇介質(zhì)和頻段選擇 無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質(zhì)，無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無線通信。根據(jù)波長的不同，電磁波分為無線電波、而聲波一般僅用于水下的無線通信。根據(jù)波長的不同，電磁波分為無線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等。微波、紅外線、毫米波和光波等。無線電波：容易產(chǎn)生，傳播遠，穿過建筑物，全方向傳播，發(fā)射方和接收方的無線電波：容易產(chǎn)生，傳播遠，穿過建筑物，全方向傳播，發(fā)射方和接收方的裝置在位置上不必要求很精確的對準，在無線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。裝置在位置上不必要求很精確的對準，在無線網(wǎng)絡(luò)中

9、使用最廣泛。物理層的主要技術(shù)物理層的主要技術(shù)無線電波的通信限制較少，通常人們選擇無線電波的通信限制較少，通常人們選擇“工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療療”(Industrial(Industrial，Scientific and Medical, ISM)Scientific and Medical, ISM)頻段。頻段。ISMISM頻段優(yōu)點：自由頻段，無須注冊，可選頻譜范圍大，實現(xiàn)靈活。頻段優(yōu)點：自由頻段，無須注冊，可選頻譜范圍大，實現(xiàn)靈活。ISMISM頻段缺點：功率受限，與現(xiàn)有多種無線通信應(yīng)用存在相互干擾問題。頻段缺點：功率受限，與現(xiàn)有多種無線通信應(yīng)用存在相互干擾問題。無線電波的傳播特性：無

10、線電波的傳播特性：采用較低頻率，則它能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號源距離采用較低頻率，則它能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號源距離r r的增大而急劇減小，大致為的增大而急劇減小，大致為1/r1/r3 3。采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無線電波易受采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無線電波易受發(fā)動機和其它電子設(shè)備的干擾。發(fā)動機和其它電子設(shè)備的干擾。物理層的主要技術(shù)：紅外通信物理層的主要技術(shù)：紅外通信紅外通信優(yōu)點：無須注冊，并且抗干擾能力強。紅外通信優(yōu)點：無須注冊，并且抗干擾能力強。紅外通信缺點：穿透能力差，要求發(fā)送者和接收者之間紅外通信

11、缺點：穿透能力差，要求發(fā)送者和接收者之間存在視距關(guān)系。只能在一些特殊場合得到應(yīng)用。存在視距關(guān)系。只能在一些特殊場合得到應(yīng)用。物理層的主要技術(shù)物理層的主要技術(shù)(2)(2)調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號源的編調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號源的編碼信息（即信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號。碼信息（即信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號?；鶐盘柾荒茏鳛閭鬏斝盘枺蚨獙⒒鶐盘栟D(zhuǎn)換為相對基帶頻基帶信號往往不能作為傳輸信號，因而要將基帶信號轉(zhuǎn)換為相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號，以便于進行信道傳輸

12、。通常將帶通信號率而言頻率非常高的帶通信號，以便于進行信道傳輸。通常將帶通信號稱為已調(diào)信號，而基帶信號稱為調(diào)制信號。稱為已調(diào)信號，而基帶信號稱為調(diào)制信號。模擬調(diào)制是用模擬基帶信號對高頻載波的某一參量進行控制，使高頻模擬調(diào)制是用模擬基帶信號對高頻載波的某一參量進行控制，使高頻載波隨著模擬基帶信號的變化而變化。載波隨著模擬基帶信號的變化而變化。數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號對高頻載波的某一參量進行控制，使高頻數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號對高頻載波的某一參量進行控制，使高頻載波隨著數(shù)字基帶信號的變化而變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式載波隨著數(shù)字基帶信號的變化而變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過渡，因

13、此數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。向數(shù)字制式過渡，因此數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。物理層的主要技術(shù)物理層的主要技術(shù)由于振幅鍵控信號的抗噪聲性能不夠理想，因而目前在無線通由于振幅鍵控信號的抗噪聲性能不夠理想，因而目前在無線通信中廣泛應(yīng)用的調(diào)制方法是信中廣泛應(yīng)用的調(diào)制方法是頻率鍵控頻率鍵控和和相位鍵控相位鍵控。物理層的主要技術(shù)物理層的主要技術(shù)（3 3）擴頻技術(shù)）擴頻技術(shù) 擴頻又稱為擴展頻譜：是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大擴頻又稱為擴展頻譜：是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編于所傳信息必需的最小

14、帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端用同樣的碼進行相關(guān)同碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端用同樣的碼進行相關(guān)同步接收、解擴和恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。步接收、解擴和恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。擴頻通信與一般無線通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴頻調(diào)制，而在接擴頻通信與一般無線通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴頻調(diào)制，而在接收端增加了擴頻解調(diào)。收端增加了擴頻解調(diào)。擴頻技術(shù)的優(yōu)點包括：易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率擴頻技術(shù)的優(yōu)點包括：易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率; ;抗干擾性抗干擾性強，誤碼率低強，誤碼率低; ;隱

15、蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小; ;可以實現(xiàn)碼分多址可以實現(xiàn)碼分多址; ;抗多徑干擾抗多徑干擾; ;能精確地定時和測距能精確地定時和測距; ;適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù)信業(yè)務(wù); ;安裝簡便，易于維護。安裝簡便，易于維護。物理層的設(shè)計物理層的設(shè)計物理層主要負責(zé)數(shù)據(jù)的物理層主要負責(zé)數(shù)據(jù)的硬件加密、調(diào)制解調(diào)、發(fā)送與接收硬件加密、調(diào)制解調(diào)、發(fā)送與接收，是決定傳感器網(wǎng)，是決定傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的體積、成本和能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。物理層的設(shè)計目標是以盡可能少的絡(luò)結(jié)點的體積、成本和能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。物理層的設(shè)計目標是以盡

16、可能少的能量消耗獲得較大的鏈路容量。為了確保網(wǎng)絡(luò)運行的平穩(wěn)性能，該層一般需能量消耗獲得較大的鏈路容量。為了確保網(wǎng)絡(luò)運行的平穩(wěn)性能，該層一般需要與要與MAC層進行密切交互。層進行密切交互。物理層需要考慮物理層需要考慮編碼調(diào)制技術(shù)、通信速率和通信頻段編碼調(diào)制技術(shù)、通信速率和通信頻段等問題：等問題： (1)編碼調(diào)制技術(shù)影響占用頻率帶寬、通信速率、收發(fā)機結(jié)構(gòu)和功率等一編碼調(diào)制技術(shù)影響占用頻率帶寬、通信速率、收發(fā)機結(jié)構(gòu)和功率等一系列的技術(shù)參數(shù)。比較常見的編碼調(diào)制技術(shù)包括幅移鍵控、頻移鍵控、系列的技術(shù)參數(shù)。比較常見的編碼調(diào)制技術(shù)包括幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控和各種擴頻技術(shù)。相移鍵控和各種擴頻技術(shù)。 (2

17、)提高數(shù)據(jù)傳輸速率可以減少數(shù)據(jù)收發(fā)的時間，對于節(jié)能具有意義，但提高數(shù)據(jù)傳輸速率可以減少數(shù)據(jù)收發(fā)的時間，對于節(jié)能具有意義，但需要同時考慮提高網(wǎng)絡(luò)速度對誤碼的影響。一般用單個比特的收發(fā)能耗需要同時考慮提高網(wǎng)絡(luò)速度對誤碼的影響。一般用單個比特的收發(fā)能耗來定義數(shù)據(jù)傳輸對能量的效率，單比特能耗越小越好。來定義數(shù)據(jù)傳輸對能量的效率，單比特能耗越小越好。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層主要負責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層主要負責(zé)多路數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)探測、媒體訪多路數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)探測、媒體訪問和誤差控制問和誤差控制，從而確保通信網(wǎng)絡(luò)中可靠的，從而確保通信網(wǎng)絡(luò)中可靠的Point-to-Point與與Point-to-Multip

18、oint連接。連接。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)作與面向應(yīng)用的性質(zhì)，以及無線傳感節(jié)無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)作與面向應(yīng)用的性質(zhì)，以及無線傳感節(jié)點的物理約束點的物理約束(例如能量和處理能力約束例如能量和處理能力約束)決定了完成這些功決定了完成這些功能的方式。能的方式。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問控制（媒體訪問控制（MAC）多跳自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)多跳自組織無線傳感網(wǎng)絡(luò)MACMAC層協(xié)議需要實現(xiàn)兩個目標：層協(xié)議需要實現(xiàn)兩個目標： （1)1)對于感知區(qū)域內(nèi)密集布置節(jié)點的多跳無線通信，需要建立數(shù)據(jù)通信對于感知區(qū)域內(nèi)密集布置節(jié)點的多跳無線通信，需要建立數(shù)據(jù)通信鏈接以獲得基本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。鏈接以獲得基本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。 （2)2

19、)為了使無線傳感節(jié)點公平有效地共享通信資源，需要對共享媒體的為了使無線傳感節(jié)點公平有效地共享通信資源，需要對共享媒體的訪問進行管理。訪問進行管理。比較：比較：1.1. 對基于基礎(chǔ)架構(gòu)的系統(tǒng)，對基于基礎(chǔ)架構(gòu)的系統(tǒng)，MACMAC協(xié)議的主要目標是提高協(xié)議的主要目標是提高QoSQoS和有效帶寬，因此和有效帶寬，因此主要采用的是專用的的資源規(guī)劃策略。主要采用的是專用的的資源規(guī)劃策略。2.2. 而因為信息管理花費很大和存在鏈接建立延遲而不適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。而因為信息管理花費很大和存在鏈接建立延遲而不適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)?；诟偁幍耐ǖ涝L問需要一直對通道進行監(jiān)測，這是一項消耗能量的任務(wù)?；诟偁幍耐ǖ涝L問需

20、要一直對通道進行監(jiān)測，這是一項消耗能量的任務(wù)。3.3. 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的MACMAC協(xié)議必須具有固定能量保護、移動性管理和失效恢復(fù)協(xié)議必須具有固定能量保護、移動性管理和失效恢復(fù)策略。策略。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層誤差控制誤差控制1. ARQ（Automatic Repeat-reQuest）的誤差控制主要采用重新傳送）的誤差控制主要采用重新傳送恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包/幀。雖然其他無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層利用了基于幀。雖然其他無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層利用了基于ARQ的誤差控制方案，但由于無線傳感節(jié)點能量與處理資源的不足，的誤差控制方案，但由于無線傳感節(jié)點能量與處理資源的不足，無線傳感網(wǎng)

21、絡(luò)應(yīng)用中無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中ARQ的有效性受到了限制。的有效性受到了限制。2. FEC（向前糾錯）方案具有固有的解碼復(fù)雜性，需要無線傳感節(jié)點消（向前糾錯）方案具有固有的解碼復(fù)雜性，需要無線傳感節(jié)點消耗大量處理資源。耗大量處理資源。3. 具有低復(fù)雜度編碼與解碼方式的簡單誤差控制碼可能是無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有低復(fù)雜度編碼與解碼方式的簡單誤差控制碼可能是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中誤差控制的最佳解決方案。中誤差控制的最佳解決方案。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層通常根據(jù)下列原則進行設(shè)計：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層通常根據(jù)下列原則進行設(shè)計： (1) 能量有效性是必須考慮的關(guān)鍵問題；能量有效性是必須考慮的關(guān)鍵問題； (2) 多數(shù)無

22、線傳感網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心；多數(shù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心； (3) 理想的無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用基于屬性的尋址和位置感知方式；理想的無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用基于屬性的尋址和位置感知方式； (4) 數(shù)據(jù)聚集僅在不妨礙無線傳感節(jié)點的協(xié)作效應(yīng)時是有效的；數(shù)據(jù)聚集僅在不妨礙無線傳感節(jié)點的協(xié)作效應(yīng)時是有效的； (5) 路由協(xié)議易于與其它網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議易于與其它網(wǎng)絡(luò)(例如例如Internel)相結(jié)合。相結(jié)合。多跳通信與遠程無線通信相比，能更好得客服信號傳播和多跳通信與遠程無線通信相比，能更好得客服信號傳播和衰減效應(yīng)，并且傳送信息時消耗的能量要小得多。衰減效應(yīng)，并且傳送信息時消耗的能量要小得多。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層“找出溫度超過找出溫

23、度超過70度的區(qū)域位置度的區(qū)域位置”-用戶感興趣的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所用戶感興趣的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所收集的觀察對象數(shù)據(jù)，而不是個別節(jié)點收集的數(shù)據(jù)。用戶使用觀察對象的屬收集的觀察對象數(shù)據(jù)，而不是個別節(jié)點收集的數(shù)據(jù)。用戶使用觀察對象的屬性查詢無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。性查詢無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心路由協(xié)議同樣應(yīng)利用數(shù)據(jù)聚集的設(shè)計原則來解決數(shù)據(jù)中心路由數(shù)據(jù)中心路由協(xié)議同樣應(yīng)利用數(shù)據(jù)聚集的設(shè)計原則來解決數(shù)據(jù)中心路由中的內(nèi)爆和交迭問題。中的內(nèi)爆和交迭問題。數(shù)據(jù)聚集可理解為一套自動化方法，將來自很多無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)據(jù)聚集可理解為一套自動化方法，將來自很多無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)合為一組有意義的信息。從這個角度

24、而言，數(shù)據(jù)聚集是一種數(shù)據(jù)融合。為一組有意義的信息。從這個角度而言，數(shù)據(jù)聚集是一種數(shù)據(jù)融合。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計原則之一是易于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計原則之一是易于與其他網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，如圖所與其他網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，如圖所示，示，Sink節(jié)點作為其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為其他網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，是通信中樞。用戶的網(wǎng)關(guān)，是通信中樞。用戶可根據(jù)查詢目的或應(yīng)用類型可根據(jù)查詢目的或應(yīng)用類型通過通過Internet或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)查詢或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)查詢無線傳感網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)(gateway)：在采用不同體系結(jié)構(gòu)或協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進行互通時，用于提供協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由選擇、數(shù)據(jù)交換等網(wǎng)絡(luò)兼容功能的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：路由協(xié)議傳輸層傳輸層一般而言，傳輸層的主

25、要目標是：一般而言，傳輸層的主要目標是：1. 采用多路技術(shù)和分離技術(shù)作為應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的橋采用多路技術(shù)和分離技術(shù)作為應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的橋梁；梁；2. 根據(jù)應(yīng)用層的特定可靠度需求在源節(jié)點和匯節(jié)點間根據(jù)應(yīng)用層的特定可靠度需求在源節(jié)點和匯節(jié)點間提供帶有誤差控制機制的數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)；提供帶有誤差控制機制的數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)；3. 通過流動和擁塞機制調(diào)節(jié)注入網(wǎng)絡(luò)的信息量。通過流動和擁塞機制調(diào)節(jié)注入網(wǎng)絡(luò)的信息量。Event-to-Sink傳輸傳輸無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸層的無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸層的Event-to-Sink可靠度是必要的，包括了事可靠度是必要的，包括了事件特征到件特征到Sink節(jié)點的可靠通信，而不是針對區(qū)域內(nèi)各

26、節(jié)點生成的單節(jié)點的可靠通信，而不是針對區(qū)域內(nèi)各節(jié)點生成的單個傳感報告?zhèn)€傳感報告/數(shù)據(jù)包進行基于數(shù)據(jù)包的可靠傳遞。圖數(shù)據(jù)包進行基于數(shù)據(jù)包的可靠傳遞。圖3-6說明了以收說明了以收集事件到集事件到Sink節(jié)點數(shù)據(jù)流的識別符為基礎(chǔ)的節(jié)點數(shù)據(jù)流的識別符為基礎(chǔ)的Event-to-Sink可靠傳可靠傳輸概念。輸概念。Event-to-Sink傳輸傳輸為了在為了在Sink節(jié)點提供可靠事件探測，傳輸層還需要解決前向路徑上節(jié)點提供可靠事件探測，傳輸層還需要解決前向路徑上可能的擁塞。一旦事件被觀察對象覆蓋區(qū)域，即事件半徑范圍內(nèi)一可能的擁塞。一旦事件被觀察對象覆蓋區(qū)域，即事件半徑范圍內(nèi)一定數(shù)量的無線傳感器節(jié)點感知，這

27、些節(jié)點將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，很容定數(shù)量的無線傳感器節(jié)點感知，這些節(jié)點將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，很容易造成前向路徑上的擁塞。易造成前向路徑上的擁塞。盡管網(wǎng)絡(luò)擁塞時由相關(guān)數(shù)據(jù)流造成的數(shù)據(jù)包丟失的情況可以體現(xiàn)盡管網(wǎng)絡(luò)擁塞時由相關(guān)數(shù)據(jù)流造成的數(shù)據(jù)包丟失的情況可以體現(xiàn)Eventto-Sink可靠度，但過度的網(wǎng)絡(luò)能力對可靠度，但過度的網(wǎng)絡(luò)能力對sink節(jié)點的有效輸出是節(jié)點的有效輸出是有害的，需要在傳輸層進行擁塞控制，來確保在有害的，需要在傳輸層進行擁塞控制，來確保在sink節(jié)點處能夠進節(jié)點處能夠進行可靠的事件探測。在保證行可靠的事件探測。在保證sink節(jié)點所需精度等級的同時，合理的節(jié)點所需精度等級的同時，合理的擁塞控

28、制機制有助于節(jié)省能量。擁塞控制機制有助于節(jié)省能量。雖然傳輸層解決方案適用于常規(guī)無線網(wǎng)絡(luò)，但無法用于無線傳感雖然傳輸層解決方案適用于常規(guī)無線網(wǎng)絡(luò)，但無法用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件到中心節(jié)點的可靠傳輸。這些解決方案主要以按照器網(wǎng)絡(luò)事件到中心節(jié)點的可靠傳輸。這些解決方案主要以按照End-to-End的的TCP語義的可靠數(shù)據(jù)傳輸為目標，用于解決無線語義的可靠數(shù)據(jù)傳輸為目標，用于解決無線鏈路誤差和移動性造成的問題。鏈路誤差和移動性造成的問題。End-to-End可靠的概念是基于確認和重傳的，因而會消耗大量可靠的概念是基于確認和重傳的，因而會消耗大量能量。能量。Event-to-Sink傳輸傳輸與常規(guī)與常規(guī)E

29、nd-to-End可靠度傳輸層協(xié)議不同，事件到中心節(jié)點可靠傳輸可靠度傳輸層協(xié)議不同，事件到中心節(jié)點可靠傳輸(ESRT，Event-to-Sink Reliable Transport)協(xié)議以協(xié)議以Event-to-Sink可可靠度概念為基礎(chǔ)，提供了不需要任何中介存儲的可靠事件探測?？慷雀拍顬榛A(chǔ)，提供了不需要任何中介存儲的可靠事件探測。ESRT是是一種新的數(shù)據(jù)解決方案，其目的是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中用最少的能量花費一種新的數(shù)據(jù)解決方案，其目的是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中用最少的能量花費完成可靠事件探測。其中包括擁塞控制部分，可實現(xiàn)可靠和節(jié)能的雙重完成可靠事件探測。其中包括擁塞控制部分，可實現(xiàn)可靠和節(jié)能的雙重目

30、標。同時，目標。同時，ESRT不需要各個傳感器的標識符，僅需要事件不需要各個傳感器的標識符，僅需要事件ID。十分重。十分重要的一點是，要的一點是，ESRT算法主要在算法主要在Sink節(jié)點上運行，使資源有限的無線傳感節(jié)點上運行，使資源有限的無線傳感節(jié)點需要完成的工作量最小化。節(jié)點需要完成的工作量最小化。Sink-to-Sensors傳輸傳輸Sink到到Sensors的路徑上包含了的路徑上包含了Sink節(jié)點為實現(xiàn)可操作性節(jié)點為實現(xiàn)可操作性或特定應(yīng)用而發(fā)送的數(shù)據(jù)，可能包括操作系統(tǒng)二進制碼，或特定應(yīng)用而發(fā)送的數(shù)據(jù)，可能包括操作系統(tǒng)二進制碼，編程編程/重新分派設(shè)置文件，以及特定應(yīng)用的隊列與命令。這重新分

31、派設(shè)置文件，以及特定應(yīng)用的隊列與命令。這類數(shù)據(jù)的分發(fā)幾乎需要類數(shù)據(jù)的分發(fā)幾乎需要100%的可靠傳遞。的可靠傳遞。 為了不消耗稀缺的節(jié)點資源，可靠性機制應(yīng)慎重結(jié)合到為了不消耗稀缺的節(jié)點資源，可靠性機制應(yīng)慎重結(jié)合到傳輸層協(xié)議中。局部重傳和否認方式將比傳輸層協(xié)議中。局部重傳和否認方式將比End-to-End重重傳和確認更可取，可用來保持最小的能量花費。傳和確認更可取，可用來保持最小的能量花費。 此外，此外， Sink-to-Sensors的數(shù)據(jù)傳輸主要由的數(shù)據(jù)傳輸主要由sink節(jié)點發(fā)節(jié)點發(fā)起，因此具有足夠能量和通信資源的起，因此具有足夠能量和通信資源的Sink節(jié)點可使用大功節(jié)點可使用大功率無線廣播數(shù)據(jù)。這有助于減少無線傳感器節(jié)點的能耗。率無線廣播數(shù)據(jù)。這有助于減少無線傳感器節(jié)點的能耗。應(yīng)用層應(yīng)用層傳感器管理協(xié)議傳感器管理協(xié)議 系統(tǒng)管理通過采用傳感器管理協(xié)議系統(tǒng)管理通過采用傳感器管理協(xié)議(SMP，Sensor ManagementProtocol)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行交互。無線傳感