無線傳感器網絡通信體系研究

陸峰華

摘 要：無線傳感器網絡一種新型的傳感器網絡，這種傳感器網絡彌補了網絡線路的不足，使得傳感器的網絡的穩定和美觀性有較大的提升作用。同時這種無線設置可以利用一些新技術將傳感設備部署到一些危險的地點尤其對軍事、醫療、金融等行業有著重要的意義。本文針對無線網絡傳感器的方式對傳感器網絡體系得建設公共進行研究。

關鍵詞：無線網絡；傳感器；通信體系

1 網絡體系結構組成

無線傳感器網絡系統應該包括幾個必要的內容。包括傳感器監測目標、傳感器效應閥、結點數據處理模塊、傳感器總體網絡。而連接四個系統的設備又包括相應的網絡設計以及遠程控制閥等。部署一個無線的傳感器網絡需要設立大量的傳感器結點。同時需要一個合理的控制網絡，要有一個集中控制的方式。所以要采用星連接和角連接相結合的方式。實現數據的交互工作，使觀測點能夠傳輸數據到遠程控制中心區，同時遠程控制端能接受和處理相應傳感器上的目標信息。

目標時傳感器網絡需要監控的對象，不一定為固體事物，也可以是光、溫度、聲音等其他信號。傳感器通過敏感電阻的方式對物體或者一些物理特性捕捉到相應的數據信號，將其傳輸至網絡的節點，節點處理數據之后將數據傳輸給遠程主機上。然而自然界的物體以及物理性質不是一成不變的，所以只有達到一定的標準，數據才會被采集，因此要設定一個變化的數值，同時利用這個數值操作傳感器的設備就是傳感器效應閥。另外為了維護整個傳感網絡，那么就需要傳感器上有一點能將模擬信號轉為數字信號，同時協調其他傳感器工作的一個工作模塊，這個工作模塊就是節點數據處理模塊。同時所有節點數據處理模塊與網絡的主機相連，構成了一個類似蜘蛛網的結構。這就是傳感器的總體網絡。

值得一提的是，數據處理節點模塊的在網絡中有比較特殊的意義，因為它是具有的雙重性的，它既能傳輸數據又能接受數據。所以它在傳感器網絡中是不可缺少的。它一方面處理來自傳感器上的數據，又將該數據傳給主機，同時又要接受主機的的信息，把傳感的調控指令傳遞給傳感器。因此數據處理模塊分為兩種形式，一種是主動監測數據的類型。另一種是被動接受數據的類型，根據特性前者多用于主動搜集和傳感信息。后者多用于掃描和查詢。

2 物理結構體系

傳統的無線傳感器網絡采用單一的網絡連接結構。每一個傳感器的結構和功能相同，同時節點模塊復雜的監測范圍大致相同，網絡設置較為平整。因此每個傳感器和數據模塊的能量相互統一，但是這樣的方式在長距離的傳輸過程中經常出現能量不足，造成數據錯誤和數據丟包、數據中斷等效果。同時為了保證數據的傳播遠端的模塊和傳感器必須采用大功率的輸出信號才能保證信號的傳輸，但是導致的后果就是長時間的大功率輸出，但是元件過熱，逐漸出現老化的現象，然后對其產生相應的影響。所以在實際的應用中，更多采用異構節點的方式，建立一個具有層次化的網絡，增加網絡的傳遞次數，縮短通訊的的距離，形成一種類似于金字塔形狀的網絡，保障數據的傳輸。

其基本含義是，應用支撐層支持應用業務層為各個應用領域服務，提供所需的各種通用服務，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層次的保障。無線傳感器網絡中間件和平臺軟件體系結構主要分為四個層次：網絡適配層、基礎軟件層、應用開發層和應用業務適配層，其中網絡適配層和基礎軟件層組成無線傳感器網絡節點嵌入式軟件（部署在無線傳感器網絡節點中）的體系結構，應用開發層和基礎軟件層組成無線傳感器網絡應用支撐結構（支持應用業務的開發與實現）。網絡適配層：在網絡適配層中，網絡適配器是對無線傳感器網絡底層（無線傳感器網絡基礎設施、無線傳感器操作系統）的封裝。基礎軟件層：基礎軟件層包含無線傳感器網絡各種中間件。這些中間件構成無線傳感器網絡平臺軟件的公共基礎，并提供了高度的靈活性、模塊性和可移植性。

完成無線傳感器網絡接入服務、網絡生成服務、網絡自愈合服務、網絡連通性服務。無線傳感器網絡中間件和平臺軟件采用層次化、模塊化的體系結構，使其更加適應無線傳感器網絡應用系統的要求，并用自身的復雜換取應用開發的簡單，而中間件技術能夠更簡單明了地滿足應用的需要。一方面，中間件提供滿足無線傳感器網絡個性化應用的解決方案，形成一種特別適用的支撐環境；另一方面，中間件通過整合，使無線傳感器網絡應用只需面對一個可以解決問題的軟件平臺，因而以無線傳感器網絡中間件和平臺軟件的靈活性、可擴展性保證了無線傳感器網絡安全性，提高了無線傳感器網絡數據管理能力和能量效率，降低了應用開發的復雜性。

3 無線傳感器網絡通信體系結構

無線傳感器網絡的實現需要自組織網絡技術，相對于一般意義上的自組織網絡，傳感器網絡有以下一些特色，需要在體系結構的設計中特殊考慮。

3.1 無線傳感器網絡中的節點數目眾多，這就對傳感器網絡的可擴展性提出了要求，由于傳感器節點的數目多，開銷大，傳感器網絡通常不具備全球唯一的地址標識，這使得傳感器網絡的網絡層和傳輸層相對于一般網絡而言有很大的簡化。

3.2 自組織傳感器網絡最大的特點就是能量受限，傳感器節點受環境的限制，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絡體系結構以及各層協議設計時，節能是設計的主要考慮目標之一。

3.3 由于傳感器網絡應用的環境的特殊性，無線信道不穩定以及能源受限的特點，傳感器網絡節點受損的概率遠大于傳統網絡節點，因此自組織網絡的健壯性保障是必須的，以保證部分傳感器網絡的損壞不會影響全局任務的進行。

3.4 傳感器節點模塊的密度要高。傳感器網絡的更新換代速度快，造成傳感器的拓撲結構也不斷的發展，與之相關的網絡協議也面臨了一定的調整。所以需要對網絡協議和軟件進行配套，建立一個穩定的通訊協議網絡。另外可將網絡分為多個層級，按照層級合理分配相應的網絡資源和能量資源。

結束語

構建無線傳感器網絡就需要對該網絡的各種構成要素精心分析，無線傳感器網絡是一個較為復雜的系統，他對于傳感器、無線的系統結構、以及網絡的結構都有著很多要求。同時還要考慮工作環境的復雜性。同時要注意網絡的通信體系結構，也就是軟件和網絡的結合，要維持一個穩定網絡環境，才能保證傳感器信號被隨時接收。另外在網絡中應該建設足夠的模塊和傳感器，保證網絡的健壯，同時每個模塊又能相對獨立保護，防止模塊之間互相影響。

參考文獻

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