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1、关于无线传感器网络通信协议研究 【摘要】本文在对其网络特点进行分析的基础上,介绍了无线传感器网络的通信体系、中间件和应用系统三大层次的概念和特点,并概述了无线传感器网络及其媒介访问控制协议、路由协议、传输层协议等通信体系的热点问题研究现状及展望。关键词：无线传感器网络；体系结构；通信体系；MAC协议；路由协议；传输层协议[Abstract]Thispaperisbasedontheanalysisofnetworkcharacteristics.Thepaperintroducestheconceptandcharacteristicsofcommunicationsystem
2、,wirelesssensornetworkmiddlewareandapplicationsystemofthreelevels,andanoverviewofwirelesssensornetworksandmediaaccesscontrolprotocol,routingprotocol,suchastransportprotocolcommunicationsystemresearchandprospect.Keywords:wirelesssensornetworks;architecture;communicationsystem;MACprotocol;routi
3、ngprotocol;transportlayerprotocol中图分类号：E965文献标识码：A文章编号：8无线传感器网络是由大量无处不在的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统,是能根据环境自主完成指定任务的“智能”系统,是一项涉及多门前沿学科发展的综合性技术。MEMS将多种传感器集成为一体,制造小型化、低成本、多功能的传感器节点;大量的MEMS传感器节点只有通过低功耗的无线通信技术联成网络才能够发挥其整体和综合作用;具有群体智能的自主自治系统的行为实现和控制是自动控制和人工智能领域的前沿研究内容。1、体系结构无线传感器网络与移动专用网络(Mob
4、ileAdhocNetwork,MANET)相比,具有节点数量多、分布密集,通信采用广播方式,拓扑结构变化频繁,能量、计算和存储能力有限,没有统一的标识等特点。这对无线传感器网络在设计上提出了新的要求和挑战,即资源受限、可扩展性、容错性、自组织、实时性和安全性等。其中,资源受限,尤其是能量有限是无线传感器网络的一个重要特征。由于传感器节点多采用电池供电,而且一旦部署就无人值守,更换电池成本过大,在设计无线传感器网络时,必须尽可能采用低功耗的器件、节能的协议算法和管理策略,以便减少传感器节点的能耗,延长整个网络的寿命。组网与通信是通信体系的主要功能,8这一层包括开放系统互联OSI七
5、层模型中的物理层,数据链路层,网络层和传输层。无线传感器网络的计算模型涉及网络的组织、管理和服务框架,信息传输路径的建立机制、面向需求的分布信息处理模式等问题,是无线传感器网络发展需要首先解决的问题。通信协议是核心内容,包括无线信道调制、共享信道分配、路由构建及与因特网互联等。2、通信体系在通信体系的四层协议栈中,物理层负责数据的调制、发送与接收,涉及传输的媒介、频段的选择、载波产生、信号检测、调制解调方式、数据加密和硬件设计等。WSNs采用的传输媒体主要有:射频(RF)、可见光、红外线等,其中,射频是最常用的。到目前为止,物理层已基本完成了无线传感器网络节点的设计开发,代表性的
6、节点有UCLA和Rockwell自动化中心研制的WINS,MIT研制的µAMPS,UCBerkeley的SmartDust和Motes。在这些平台中,Motes硬件平台和其配套的TinyOS操作系统应用最为广泛,为全球300多家研究机构所采用。目前,物理层的工作主要集中于低功耗低成本高可靠性的模块特别是通信模块的研制和片上系统SoC的设计。3MAC协议3.1基于调度算法的MAC协议在基于调度算法的MAC协议中,8传感器节点可发送数据的时间通过一个调度算法来决定。这样,多个传感器节点就可以同时、没有冲突的在无线信道发送数据。这类协议中,主要的调度算法是时分多复用TDMA
7、,即将时间分成多个时间片,几个时间片组成一个帧,在每一帧中,分配给传感器节点至少一个时间片来发送数据。这类协议的调度算法通常寻找一个尽可能最近的用于发送数据的帧来达到高的空间利用率和低的数据包等待时间。典型的协议有SMACS,DE-MAC和EMACS。基于调度的MAC协议都是分布式的,因此需要时间同步机制,而不需要全局信息。这样,就可以在高动态变化的环境比如网络拓扑改变的情况下充分适应并保持最佳的特性。这类协议提供了信道的公平使用,与合适的调度算法配合就可以避免冲突的发生。但是许
