无线传感器与网络体系结构和关键技术研究报告

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1、无线传感器网络体系结构和关键技术研究StudyonArchitectureandKeyTechniquesofWirelessSensorNetworks彭木根,王英杰,王文博摘要：文章介绍了无线传感器网络的体系结构，提出了一种基于跨层设计的管理控制机制；在对无线传感器网络的关键技术，如媒体接入控制(MAC)技术和无线路由协议，分别进行阐述和比较的基础上，提出了一种把简单的IEEE802MAC协议应用于无线传感器网络的思想；为了提高系统容量，提出了多信道策略，可以用来有效减少系统碰撞阻塞率，减少接入时延；

2、认为虽然无线传感器网络的应用前景非常广阔，但是仍存在很多问题，除了要尽量减少功耗外，必须提高系统容量，减少碰撞阻塞率，以加快无线传感器网络实用化的进程。关键词：无线传感器网络；媒体接入控制层；无线路由协议；系统容量Abstract:Thispaperintroducesthearchitectureofwirelesssensornetworks,presentsanetworkmanagementandcontrolmechanism,whichisbasedonthecross-layerdesign

3、concept.Thekeytechniques,suchasMediumAccessControl(MAC)andwirelessroutingprotocols,arediscussedandcomparedrespectively.AnideaisproposedthatthesimpleIEEE802MACprotocolcanbeusedforthewirelesssensornetworks.Inordertoimprovethesystemcapacity,themulti-channels

4、trategycanbeadoptedtoeffectivelyreducesystemblockandshortenthetimedelayofaccess.Theapplicationofwirelesssensornetworkwillbepromising,buttherearemanyproblemstobesolved.Measuresforreducingpowerconsumptiontothelowestlevel,aswellasincreasingsystemcapacityandr

5、educingsystemblockshouldbetakeninordertopromotethecommercialapplicationofwirelesssensornetworks.Keywords:wirelesssensornetwork;MAClayer;wirelessroutingprotocol;systemcapacity基金项目：国家自然科学基金(60572120)1无线传感器网络体系架构     无线传感器网络包括分布式传感器节点、接收和发送器、互联网以及用户接口界面等，其中传

6、感器节点是基本和核心单元，它由传感单元、处理单元、通信单元和电源等组成[1]。无线传感器网络一般采用分层体系结构。分层协议由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成，其中物理层可以采用先进的无线射频传输技术，如正交频分复用(OFDM)、超宽带(UWB)、多输入多输出(MIMO)，甚至码分多址(CDMA)技术等，也可以采用传统的红外线传输技术；数据链路层主要任务是保证物理层传输的数据尽量正确，同时提高系统频谱效率；网络层的功能包括分组路由、拥塞控制等；传输层主要用于提供可靠的额外开销合理的数据传输服务

7、；应用层提供各种具体的增值业务应用，同时也提供时间同步和节点定位功能。     与无线传感器网络分层协议对应的是控制管理技术，由于目前还没有标准化，所以各种协议结构五花八门，本文提出一种跨层的无线传感器网络管理机制(如图1所示)。     在无线传感器网络中，为了节约能源，延长电池的使用时间，当无数据发送、接收以及转发时，网络中的节点会很快自动调整为休眠状态，这使得系统的路由拓扑结构发生变化，需要重新建立路由。为了避免网络拓扑结构的不稳定，建议网络节点变为休眠状态前，检查是否会造成网络路由结构变化，如果发

8、生变化，禁止该节点转为休眠状态。     由于节点容易进行活动状态和休眠状态转变，同时无线链路易遭受时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落、干扰和噪声等因素的共同影响，需要把物理层的信号质量及时汇报给媒体接入控制(MAC)层，而且MAC层也需要及时和网络层、传输层以及应用层进行信息交互，所以传统的分层协议体系管理模式在无线传感器网络中并不是最佳的，因此跨层的网络管理成了保证无线传感器网络高效工作的先进技术之一。与跨层协