【摘要】 隨著我國經(jīng)濟建設水平的不斷提高和計算機網(wǎng)絡信息技術的推廣普及，無線傳感器開始在國民經(jīng)濟的各個領域廣泛應用，其中最主要的應用就是在航空航天領域，本文從網(wǎng)絡通信協(xié)議角度出發(fā)，結合無線傳感器應用實際，對無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議進行深入的研究和探討。

【關鍵詞】 無線傳感器 網(wǎng)絡通信 通信協(xié)議

隨著通信技術、嵌入式計算機和微型傳感器技術的飛速發(fā)展和普及推廣，具有動態(tài)感知能力、智能分析能力和數(shù)據(jù)通信能力的微型傳感器產(chǎn)生，并在世界范圍內的相關領域應用。由這些無線傳感器為節(jié)點組成的無線感知網(wǎng)絡，開始受到各國軍方和大型技術企業(yè)的關注。

一、DSN概念與挑戰(zhàn)

DSN是由大量部署在各自作用區(qū)內的微型傳感器作為網(wǎng)絡節(jié)點，組成的一種分布式智能網(wǎng)絡系統(tǒng)，這種傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)具有節(jié)點信息互通迅速的特點，相互之間的聯(lián)系方式多選擇多跳（multi-hop）、對等（peer to peer）的無線通信方式。DSN可以作為局域網(wǎng)絡在脫機情況下進行獨立運行，也可以連接在Internet上利用互聯(lián)網(wǎng)進行遠程登陸和遠程控制。

隨著DSN網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的進步和發(fā)展，給通信協(xié)議的設計提出了一些新的挑戰(zhàn)：第一，資源受限，在DSN中每個微型傳感器也就是網(wǎng)絡的節(jié)點，因為是獨立工作狀態(tài)，所以只能攜帶有限的不可更換的電源，在電量和電壓供應上沒有保障，導致微型傳感器的運算能力和存儲能力都較弱；第二，可擴展性要求，DSN系統(tǒng)規(guī)模龐大，而且應用的領域并不確定，所以需要通信協(xié)議具有較強的可擴展性，能夠根據(jù)通信網(wǎng)絡的應用領域和應用環(huán)境進行實時調整；第三，環(huán)境適應性，創(chuàng)造DSN網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的目的，就是要將它應用在長期無人值守條件下工作，在惡劣環(huán)境下微型傳感器遭遇惡劣環(huán)境和人為毀壞的幾率極大，要求通信協(xié)議能夠適應傳感器的這種高損失率，在有微型傳感器損失的情況下，依然能依靠現(xiàn)有傳感器節(jié)點進行信息處理和交互；第四，安全性，安全是系統(tǒng)可用的前提，DSN系統(tǒng)要在保證通信安全的前提下，降低系統(tǒng)維護費用，研究節(jié)能的安全算法；第五，實時性，DSN系統(tǒng)是一種信息的快速響應系統(tǒng)，一般被應用于航空航天、醫(yī)療等重要領域，在這種關系到人民群眾切身利益的行業(yè)領域應用，就一定要保證信息傳輸?shù)膶崟r性、保證信息的時效性[1]。

二、通信協(xié)議研究進展

2.1物理層協(xié)議

在當前的無線傳感器網(wǎng)絡領域，無線電傳輸是DSN的主流傳輸方式，運用無線電進行信息傳輸面臨的主要問題是，無線電頻段的選擇、編碼的節(jié)能化和調制算法設計。

在頻率選擇方面，ISM頻段由于其自身無需注冊的系統(tǒng)開放性和頻段的大范圍可選擇性，成為當前無線電傳輸?shù)闹髁?，在這一頻段的無線電傳輸中共有433MHz和915MHz兩種頻段的收發(fā)器設計方法[2]。

2.2數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

2.2.1拓撲生成

DSN的拓撲結構可以分為兩種，一種是平面結構，一種是層次結構。

所謂的平面結構就是所有的網(wǎng)絡節(jié)點在網(wǎng)絡信息系統(tǒng)中處于平等地位，節(jié)點與節(jié)點之間不存在相互從屬的關系，這種網(wǎng)絡組織結構具有結構簡單維護方便的特點，每個節(jié)點都有自己固定的算法，所有的平等節(jié)點統(tǒng)屬控制系統(tǒng)管理，是一種典型的扁平化的節(jié)點管理方式，但是這種管理方式也存在著自身的缺陷，那就是因為系統(tǒng)中管理節(jié)點的缺失，節(jié)點之間協(xié)同的算法復雜，對協(xié)同信息的反應比較慢。

層次結構是與平面結構相對應的節(jié)點結構，網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的層次結構通常以簇的形式存在，所謂的簇就是一個傳感器節(jié)點的集合，在這一集合中集結了很多的節(jié)點，每個簇都以自身內部存在的邏輯規(guī)則約束簇內的信息節(jié)點，并結合簇的應用方向選擇出稱為簇首的節(jié)點，簇首模仿自身的算法機制對簇中的其他節(jié)點進行管理，這樣的根據(jù)應用目標不同以協(xié)議的形式，將信息節(jié)點約束成簇的節(jié)點管理方式極大的提高了網(wǎng)絡系統(tǒng)的可擴展性，方便了網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理[3]。

2.2.2信道介入方式

現(xiàn)有的信道介入方法協(xié)議——MAC協(xié)議，由于在信息傳輸過程中復雜程度較高和能耗的問題無法解決，已經(jīng)不適合在DSN中應用，研究人員基于對DSN系統(tǒng)特點的分析為DSN設置了特定的信道協(xié)議。研究人員針對DSN系統(tǒng)的特點開發(fā)出了SMACS協(xié)議和EAR協(xié)議，由這兩個通信協(xié)議進行信息管理，其中SMACS協(xié)議負責系統(tǒng)中節(jié)點的自動組網(wǎng)工作，EAR協(xié)議負責網(wǎng)絡系統(tǒng)中的移動節(jié)點的接入工作。這樣一動一靜兩個信道協(xié)議將網(wǎng)絡信息系統(tǒng)運行維護起來。

2.3傳輸層協(xié)議

DSN系統(tǒng)自身的設計更加偏重于無線傳感節(jié)點的管理與控制，所以在信息傳輸和通信可靠性上存在弱點，其中最大的問題就是傳輸中出現(xiàn)錯誤的恢復機制。因為無線傳感器傳輸過程中信息錯誤是必不可免的，那么相關的錯誤恢復機制也在DSN設計時就已經(jīng)存在，但是經(jīng)過實踐的驗證，DSN自身的錯誤恢復機制，在信道通信質量下降的同時糾錯機制也開始出現(xiàn)糾錯率的下降。針對這一現(xiàn)象研究人員提出了逐跳（hop by hop）的錯誤恢復機制，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g節(jié)點參與到錯誤恢復中來，讓信息傳輸?shù)拿恳惶紝ι弦惶纬傻男畔㈠e誤進行糾正，這樣的糾錯機制極大的提高了系統(tǒng)糾錯的效率，同時也避免了錯誤累積導致的通信質量下降。

三、結論

隨著社會生產(chǎn)的大規(guī)模集成化，無線傳感器網(wǎng)絡的應用將會越來越廣泛，而在無線傳感器網(wǎng)絡的建設過程中，通信協(xié)議的質量對信息網(wǎng)絡的質量有著直接的影響，一定要在需求分析的基礎上進行通信協(xié)議的編寫，保障無線傳感器網(wǎng)絡在社會生產(chǎn)中的積極作用發(fā)揮。

參 考 文 獻

[1]唐甲東. 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究-LEACH路由協(xié)議的改進[D].江南大學，2013.

[2]劉長江. 基于能耗優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡LEACH協(xié)議研究與改進[D].廣西大學，2012.

[3]李蔚. 基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議棧設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2012.