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| 无线传感器网络的发展与路由需求 [无线设备] |
| 电信网技术 |
| 2007-11-16 9:16:00 文/ |
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摘要无线传感器网络是满足恶劣条件和特殊需求的重要网络技术，随着网络的发展，他已经成为学术界和工业界的热门研究领域。本文探讨了无线传感器网络的多应用化和异构性的发展方向，并在此基础上分析了现有路由技术的不足，提出了发展异构无线传感器网络对路由技术的需求。
1、引言
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）是由大规模部署的成百上千的节点构成。这些微传感器节点具有感知能力、无线通信能力以及计算能力。无线传感器网络的发展得益于微机电系统以及处理器、存储技术的发展，这些发展使得制造低功率、微体积、低成本的微传感器节点逐步成为现实。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，各个节点能够协同地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并将处理后的信息传送到需要这些信息的用户（观察者）。
由于无线传感器网络具有可快速部署、可自组织和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。比如通过飞机将传感器节点撒播在战场上，可以组成网络对战场中化学武器的使用、敌方车辆和士兵的运动进行及时的监测和报告。同时，无线传感器网络对于比较恶劣的环境和人不宜到达的场所也非常适用，比如荒岛上的环境和生态监控，原始森林的防火和动物活动情况监测，污染区域以及地震和火灾等突发灾难现场的监控。另外，它还可用于城市的交通监测，医疗机构的病员及环境监测，大型车间原材料和仓库货物进出情况的监测，以及机场、大型工业园区的安全监测。无线传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量信息。因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。可以说无线传感器网络是信息感知和采集的一场革命，是21世纪最重要的技术之一。
2、无线传感器网络
在讨论无线传感器网络之前，有必要了解无线传感器网络的组成和协议框架。典型的无线传感器网络如图1所示。
图1 无线传感器网络的典型结构
无线传感器网络的协议框架如图2所示，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。物理层负责载波频率的产生，信号的调制、解调等；数据链路层负责媒体接入和差错控制，媒体接入协议可以在通信网络中确保点对点和点对多点的连接；差错控制则保证源节点发出的信息可以完整、无误地到达目标节点；网络层协议负责路由发现与维护，在无线传感器网络中占据着重要的地位，可以说路由协议的选择是无线传感器网络设计成功与否的关键。在无线传感器网络中，大多数节点无法与汇聚网关/节点直接进行通信，因此需要利用中间节点进行路由转发，以完成数据传送。基于网络组建的目的，需要在应用层上开发和使用不同的软件系统。应用层管理协议使低层的硬件、软件对于传感器网络的管理应用是透明的。当前主要的无线传感器网络协议有传感器管理协议SMP（SensorManagementProtocol），任务分配和数据通知协议TADAP（TaskAssignment and Data Advertisement Protocol），传感器查询和数据分发协议SQDDP（Sensor Query and Data Dissemination Protocol）。
图2 无线传感器网络的协议框架
由于无线传感器网络通常是为特定应用设计的专用无线网络，其各层次的协议设计得以在能量分配、移动控制及应用优化等各方面优化，以获得网络的最佳性能。能量分配是延长网络可用时间的必要需求，由于无线传感器节点通常由电池供电，能量分配在网络设计中尤其重要。移动管理完成检测和注册传感器节点的移动，维护到汇聚点的路由，使得传感器节点能够跟踪它的邻居。应用优化根据具体的应用需求，管理应用实施，并在一个给定的部署区域内达到平衡并调度应用任务的目的。
与现有的IP网络不同，传感器网的突出特色是以数据为中心，有处理能力和传输能力限制，这使得其设计与现有IP网络有很多不同。传统的Internet网络中为每个节点分配一个惟一的标识符，但在传感器网络中，由于传感器节点被大量部署，为每个节点维护一个全局惟一的标识符将会带来很大的额外开销。对于无线传感器网络而言，最重要的是传感数据能被成功地发送到观察者，而无线传感器网络节点的标识相对不太重要。
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