陸峰華

摘 要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一種新型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種傳感器網(wǎng)絡(luò)彌補(bǔ)了網(wǎng)絡(luò)線路的不足，使得傳感器的網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和美觀性有較大的提升作用。同時(shí)這種無(wú)線設(shè)置可以利用一些新技術(shù)將傳感設(shè)備部署到一些危險(xiǎn)的地點(diǎn)尤其對(duì)軍事、醫(yī)療、金融等行業(yè)有著重要的意義。本文針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的方式對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系得建設(shè)公共進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；傳感器；通信體系

1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)組成

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該包括幾個(gè)必要的內(nèi)容。包括傳感器監(jiān)測(cè)目標(biāo)、傳感器效應(yīng)閥、結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理模塊、傳感器總體網(wǎng)絡(luò)。而連接四個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備又包括相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以及遠(yuǎn)程控制閥等。部署一個(gè)無(wú)線的傳感器網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)立大量的傳感器結(jié)點(diǎn)。同時(shí)需要一個(gè)合理的控制網(wǎng)絡(luò)，要有一個(gè)集中控制的方式。所以要采用星連接和角連接相結(jié)合的方式。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互工作，使觀測(cè)點(diǎn)能夠傳輸數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程控制中心區(qū)，同時(shí)遠(yuǎn)程控制端能接受和處理相應(yīng)傳感器上的目標(biāo)信息。

目標(biāo)時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)需要監(jiān)控的對(duì)象，不一定為固體事物，也可以是光、溫度、聲音等其他信號(hào)。傳感器通過(guò)敏感電阻的方式對(duì)物體或者一些物理特性捕捉到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，將其傳輸至網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)之后將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程主機(jī)上。然而自然界的物體以及物理性質(zhì)不是一成不變的，所以只有達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)才會(huì)被采集，因此要設(shè)定一個(gè)變化的數(shù)值，同時(shí)利用這個(gè)數(shù)值操作傳感器的設(shè)備就是傳感器效應(yīng)閥。另外為了維護(hù)整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，那么就需要傳感器上有一點(diǎn)能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)協(xié)調(diào)其他傳感器工作的一個(gè)工作模塊，這個(gè)工作模塊就是節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理模塊。同時(shí)所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理模塊與網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)相連，構(gòu)成了一個(gè)類似蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。這就是傳感器的總體網(wǎng)絡(luò)。

值得一提的是，數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)模塊的在網(wǎng)絡(luò)中有比較特殊的意義，因?yàn)樗蔷哂械碾p重性的，它既能傳輸數(shù)據(jù)又能接受數(shù)據(jù)。所以它在傳感器網(wǎng)絡(luò)中是不可缺少的。它一方面處理來(lái)自傳感器上的數(shù)據(jù)，又將該數(shù)據(jù)傳給主機(jī)，同時(shí)又要接受主機(jī)的的信息，把傳感的調(diào)控指令傳遞給傳感器。因此數(shù)據(jù)處理模塊分為兩種形式，一種是主動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的類型。另一種是被動(dòng)接受數(shù)據(jù)的類型，根據(jù)特性前者多用于主動(dòng)搜集和傳感信息。后者多用于掃描和查詢。

2 物理結(jié)構(gòu)體系

傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用單一的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。每一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)和功能相同，同時(shí)節(jié)點(diǎn)模塊復(fù)雜的監(jiān)測(cè)范圍大致相同，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置較為平整。因此每個(gè)傳感器和數(shù)據(jù)模塊的能量相互統(tǒng)一，但是這樣的方式在長(zhǎng)距離的傳輸過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)能量不足，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)中斷等效果。同時(shí)為了保證數(shù)據(jù)的傳播遠(yuǎn)端的模塊和傳感器必須采用大功率的輸出信號(hào)才能保證信號(hào)的傳輸，但是導(dǎo)致的后果就是長(zhǎng)時(shí)間的大功率輸出，但是元件過(guò)熱，逐漸出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，然后對(duì)其產(chǎn)生相應(yīng)的影響。所以在實(shí)際的應(yīng)用中，更多采用異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的方式，建立一個(gè)具有層次化的網(wǎng)絡(luò)，增加網(wǎng)絡(luò)的傳遞次數(shù)，縮短通訊的的距離，形成一種類似于金字塔形狀的網(wǎng)絡(luò)，保障數(shù)據(jù)的傳輸。

其基本含義是，應(yīng)用支撐層支持應(yīng)用業(yè)務(wù)層為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)，提供所需的各種通用服務(wù)，在這一層中核心的是中間件軟件；管理和信息安全是貫穿各個(gè)層次的保障。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件和平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu)主要分為四個(gè)層次：網(wǎng)絡(luò)適配層、基礎(chǔ)軟件層、應(yīng)用開(kāi)發(fā)層和應(yīng)用業(yè)務(wù)適配層，其中網(wǎng)絡(luò)適配層和基礎(chǔ)軟件層組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嵌入式軟件（部署在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中）的體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)層和基礎(chǔ)軟件層組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐結(jié)構(gòu)（支持應(yīng)用業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)）。網(wǎng)絡(luò)適配層：在網(wǎng)絡(luò)適配層中，網(wǎng)絡(luò)適配器是對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)底層（無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、無(wú)線傳感器操作系統(tǒng)）的封裝。基礎(chǔ)軟件層：基礎(chǔ)軟件層包含無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各種中間件。這些中間件構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟件的公共基礎(chǔ)，并提供了高度的靈活性、模塊性和可移植性。

完成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)生成服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)自愈合服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)連通性服務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件和平臺(tái)軟件采用層次化、模塊化的體系結(jié)構(gòu)，使其更加適應(yīng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的要求，并用自身的復(fù)雜換取應(yīng)用開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單，而中間件技術(shù)能夠更簡(jiǎn)單明了地滿足應(yīng)用的需要。一方面，中間件提供滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)個(gè)性化應(yīng)用的解決方案，形成一種特別適用的支撐環(huán)境；另一方面，中間件通過(guò)整合，使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只需面對(duì)一個(gè)可以解決問(wèn)題的軟件平臺(tái)，因而以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件和平臺(tái)軟件的靈活性、可擴(kuò)展性保證了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性，提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理能力和能量效率，降低了應(yīng)用開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需要自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相對(duì)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中特殊考慮。

3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，這就對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性提出了要求，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)目多，開(kāi)銷大，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常不具備全球唯一的地址標(biāo)識(shí)，這使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層相對(duì)于一般網(wǎng)絡(luò)而言有很大的簡(jiǎn)化。

3.2 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(jié)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(jié)構(gòu)以及各層協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)能是設(shè)計(jì)的主要考慮目標(biāo)之一。

3.3 由于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的環(huán)境的特殊性，無(wú)線信道不穩(wěn)定以及能源受限的特點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受損的概率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)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。

3.4 傳感器節(jié)點(diǎn)模塊的密度要高。傳感器網(wǎng)絡(luò)的更新?lián)Q代速度快，造成傳感器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也不斷的發(fā)展，與之相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也面臨了一定的調(diào)整。所以需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件進(jìn)行配套，建立一個(gè)穩(wěn)定的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。另外可將網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)層級(jí)，按照層級(jí)合理分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和能量資源。

結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就需要對(duì)該網(wǎng)絡(luò)的各種構(gòu)成要素精心分析，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，他對(duì)于傳感器、無(wú)線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、以及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)都有著很多要求。同時(shí)還要考慮工作環(huán)境的復(fù)雜性。同時(shí)要注意網(wǎng)絡(luò)的通信體系結(jié)構(gòu)，也就是軟件和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，要維持一個(gè)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，才能保證傳感器信號(hào)被隨時(shí)接收。另外在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該建設(shè)足夠的模塊和傳感器，保證網(wǎng)絡(luò)的健壯，同時(shí)每個(gè)模塊又能相對(duì)獨(dú)立保護(hù)，防止模塊之間互相影響。

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