無線傳感網絡協議分析技術分析與實現

林春雷

隨著最近這幾年不斷發展的社會整體經濟情況，加上不斷擴大應用范圍的網絡技術手段，令人們的日常生活當中網絡得到了非常普遍的應用。同時經濟水平的發展和進步也令科學技術有了飛速的發展。它們融合起來，令人類社會逐漸踏上信息時代的道路。在這樣的環境下，傳感器也成為了人們獲得信息比較主要的技術手段，它的發展速度也漸漸地不斷提升。無線傳感技術是一種新的網絡手段，能夠顯著拉動社會發展水平。因此，在本文當中將立足于無線傳感的技術，分析其在目前社會環境下的發展情況以及實際應用。

【關鍵詞】網絡協議分析 無線傳感技術 實現

無線傳感技術在軍事領域、生產行業、環保事業、醫療衛生行業等方面都有非常廣泛的實際應用，和傳統的網絡模式不同，無線傳感網絡較好地融合了處理信息、傳感器、網絡通訊等技術，而這也就成為目前信息科學領域當中新的探索方向。所以為了可以有效地促進傳感器技術有更好的實際應用，對其進行研究是非常重要的。

1 在無線傳感網絡當中所包含的關鍵性技術分析

伴隨著最近這幾年有關人員針對無線傳感網絡進行技術研究的深入和發展，我們可以發現，就階段性發展角度而言，可以把無線傳感的網絡技術分成以下兩個不同的階段：其第一階段忠實于借助微電子科技來對形態比較小的一些節點設備予以設計；第二階段則主要針對傳感網絡自身所存在的一些問題以及未來發展可能會出現的一些問題予以關注以及研究。

就各個階段的發展情況而言，針對無線傳感網絡系統自身展開研究的時候，研究人員必須要從三個角度入手進行分析，借助比較全面、充分的對網絡管理以及和網絡相關協議等技術了解的過程來對該網絡體系進行全面理解。同時，借助對目前的傳感網絡的發現狀況和專家學者對于網絡支撐技術的研究狀況而言，其主要的研究點大多都是集中在和時間保持同步、定位兩項技術點上。另外，目前在實際的生產和生活當中，針對無線傳感網絡體系進行實際應用的過程當中的情況，作為工作人員，必須要去完成的工作就是正確處理并妥善管理傳感設備采集的信息和數據；同時，就存儲以及信息數據整理的角度而言，因為無線傳感網絡是分布形態的數據庫，因此，它對數據進行管理的形式也和數據庫管理基本一致。

2 如何系統實現

2.1 監測節點

就實際應用情況而言，監測節點需要具備監聽頻道設置、監聽數據資料包以及轉發數據包三個功能。

例如，Telosb節點當中IEEE802.15.4協議在2.4GHz頻段當中每間隔5Hz就會設置一個頻道，總共有16個不同的頻道，使用11到26進行代指。想要令射頻模塊在頻道K當中工作需要把節點寄存器FSCTRL.FREQ設置為FSCTRL.FREQ=357+5（k-11）。檢測工作者需要對頻道數值予以串口數據包結構封裝起來，之后發送至監測節點當中。監測節點在接受到數據包之后進行解封裝提，取頻道數值，同時設置頻道。

CC2420射頻芯片處于默認模式下，僅僅接收目的地址為目前節點（或者廣播）的數據包，且需要把接收模式設成混雜模式。TinyOS 2.x提供在Makefile配置文件當中設置選項CC2420-NO-ACKNOWLEDG EMENT，能夠令CC2420順利接受其可以接受得到的數據包；同時，設置選項CC2420-NO-ADDRESS-RECOGNITION，回應數據包不發送；TOSH-DATA-LENGTH選項使用在接收數據包最大長度的設置。

監測節點所抓取到的數據包會被封裝于串行數據包當中，監測工作站所接受到的數據包會依照串口數據包的結構進行數據負載部分提取，并予以分析。TinyOS 2.x串口通訊使用的是主動消息模式，而串行數據包則使用和HDLC基本相似的編碼形式，0x7E為定界符、0x7D為轉義符。串口數據包的主要結構為“定界符→協議→序列號→包格式解析字段→負載部分→CRC→定界符”。

2.2 監測工作站

大部分監測工作站的軟件均使用VisualC++進行開發，為了能夠支撐協議擴展，使用XML Schema標準來進行協議數據包結構的定義。針對新協議或者是用戶自擬協議，用戶僅需對協議定義文件當中結構描述的部分進行修改就能夠對其進行有效的解析處理。以下內容為ZigBee2007協議定義文件當中的Mac層數據包當中的一個片段，如圖1所示。

在整個協議當中，均由系列層layer所構成，其中每個層又都是由字段field所構成，字段長度均可以使用表達式或者是數值進行描述。比方說在協議文件當中DestPANID長度因目前數據包當中的DestAddres sin gMode字段值所決定，字段引用使用@作為開頭，同時以所在層的開始層次型路徑字符串進行表示。在XML當中upperLayer節點為上下兩層間的切換，結合switchBegin以及switchLength屬性值來進行上層數據區比特數值預取，之后結合數值進行上層XML節點跳轉，繼續予以解析。

2.3 協議文件預處理

因實際環境當中需要同時對多節點收發數據予以監聽，因此解析效率也成為了對用戶體驗產生影響的重要因素。XML文件解析效率比較低，且協議文件當中含有很多公式，在公式當中含有路徑字符串所體現出來的字段，同時在解析的過程當中也經常會有依照字段層次路徑字符串來獲取字段值的具體操作步驟，假如每次進行一個數據包的獲取都要重新依照XML定義對逐個字段予以解析，將會造成極大的延遲。

為了能夠切實有效地提升解析的效率，在啟動系統的時候可以預先進行協議文件的加載，具體可以分成以下兩個階段，即XML文件分析以及預處理。

（1）將XML文件當中每個節點（Layer、Field）均加載至內存，進而轉化內存對象，之后依照XML定義構建起對象層次關系。

（2）為每個字段分配協議字段號，和字段路徑之間構建起哈希映射。針對同樣的具體數據包，相同路徑字段值僅出現一次，并不會發生歧義。

（3）在分析數據的時候需要建立起協議字段號和數據包字段號映射。

（4）公式當中，參數使用對應字段協議自短號進行替換，同時編譯為逆波蘭式在字段屬性當中進行存放。

3 結語

總的來說，無線傳感作為一種全新的現代化網絡技術手段，它會在未來社會當中贏得比較廣泛的實際應用空間，同時還可以深入人類社會生活當中，為人們提供方便。這種發展趨勢令很多國家相關研究機構和高校均已經展開了針對性的研究分析。結合當前的實際情況而言，我國在該領域和發達國家間并沒有存在非常顯著的差異，因此，這項技術對于國家發展而言有非常重大的實際意義。

參考文獻

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作者單位

海南師范大學 海南省?？谑?571127