无线传感器网络体系结构剖析
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无线传感器网络协议体系结构
无线传感器网络的通信协议为五层结构:物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。
其中通信部分位于数据链路层和物理层,采用的标准是IEEE 802.15.4。
通信部分采用的通信技术可以是有线、无线、红外等,其中无线技术可以是ZigBee、蓝牙、超带宽(UWB)等。
组网技术主要在传输层和网络层。
支撑技术主要在应用层实现,包括时间同步技术、定位技术、数据融合技术、能量管理和安全机制等,主要作用是保证用户功能的正常运行。
物理层作用是为终端设备提供数据传输的通路。
主要任务是信号的调制、数据收发速率、通信频段的选择以及传输介质的选取。
数据链路层作用是建立可靠的点到点、点到多点的通信链路,保证源节点发出的信息可以正确的传输到目标节点。
主要任务是数据成帧、帧检测、介质访问、差错控制和功率控制。
网络层作用是将数据由传感器节点可靠的传输到汇聚节
点。
主要任务是路由的发现和维护,确保终端的连通/无连通情况,路由的可达性以及寻找传感器节点和汇聚节点之间最优路径(能量消耗最小、延时最小)。
传输层作用是进行数据流的传输控制进而保证网络通信质量
应用层要为传感器网络应用提供时间同步服务、节点定位机制、节点管理协议、任务协议和数据广播管理协议。
无线传感器网络体系结构
一、无线传感器网络体系结构介绍
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一类可实现智
能信息采集、处理和传输的无线网络,它以无线传感节点为基本构成部分,具有自组织、自传输、自自适应能力,可大大减少安装成本和维护成本。
无线传感器网络系统一般由一个中央管理单元、一些无线传感器节点、一
个或多个网关节点、一个或多个应用服务器以及网络管理和数据传输组织
构成。
1、中央管理单元
中央管理单元是无线传感器网络的最高级管理模块,负责系统中各模块、节点的组织、配置和管理,并通过与每个传感器节点的交互来监控系
统的状态。
2、无线传感器节点
3、网关节点
网关节点负责将无线传感器网络中传感器节点的采集到的信息传输到
应用服务器,以及把应用服务器发送到传感器节点的数据传输到传感器节点,它也可以起到路由的作用。
4、应用服务器。
无线传感器网络体系结构Company Document number:WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT无线传感器的网络体系结构一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点(群)、接收发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等,如下图所示:无线传感器网络系统架构其中A—E则为分布式无线传感器节点群,这些节点群随机部署在监测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。
这些节点通常是一个微型的嵌入式系统,它们的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱,通过携带有限能量的电池供电。
从功能上看这些节点,它们不仅要对本地收集的信息进行收集及处理,而且要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理,同时与其他节点协作完成一些特定的任务。
汇聚节点的各方面能力相对于上述节点群而言相对比较强,它连接传感器网络、Internet等外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,同时发布管理节点的监测任务,并把收集的数据转发到外部网络上。
当我们设计无线传感器网络体系结构时要注重以下几个方面:1.节点资源的有效利用。
由于大量低成本微型节点的资源有限,怎样有效地管理和使用这些资源,并最大限度地延长网络寿命是WSN研究面临的一个关键技术挑战,需要在体系结构的层面上给予系统性的考虑。
可供着手的方面有:○1选择低功耗的硬件设备,设计低功耗的MAC协议和路由协议。
○2各功能模块间保持必要地同步,即同步休眠与唤醒。
○3从系统的角度设计能耗均衡的路由协议,而不是一味的追求低功耗的路由协议,这就需要体系结构提供跨层设计的便利。
○4由于节点上计算资源与存储资源有限,不适合进行复杂计算与大量数据的缓存,因此一些空间复杂度和时间复杂度高的协议与算法不适合于WSN的应用。
○5随着无线通信技术的进步,带宽不断增加,例如超宽带(UWB)技术支持近百兆的带宽。
WSN在不远的将来可以胜任视频音频传输,因此我们在体系结构上设计时需要考虑到这一趋势,不能仅仅停留在简单的数据应用上。
无线传感器网络的体系结构李宁 104753071172(河南大学,河南大学计算机与信息工程学院 475004)摘要:在对无线传感器应用特征进行分析的基础上,总结了无线传感器体系结构设计的要素,讨论了无线传感器网络的软件体系结构和通信体系结构。
通过与传统Ad hoc网络的对比,归纳了无线传感器网络在各层各面设计的特点。
文章认为虽然传统的传感器的应用方向主要在军事领域,但在民用领域也存在着广阔的前景。
关键词:无线传感器网络;软件体系结构;通信体系结构;自组织网络0 引言目前在无线通信领域和电子领域的进步促进了低成本、低功耗、多功能无线传感器的发展。
这些无线传感器体积小,并具有感知、数据处理和短距离通信的能力。
与传统的传感器相比,现在的无线传感器网络具有明显的进步。
无线传感器网络由大量高密度分布的处于被观测对象内部或周围的传感器节点组成。
其节点不需要预先安装或预先决定位置,这样提高了动态随机部署于不可达或危险地域的可行性。
传感器网络具有广泛的应用前景,范围涵盖医疗、军事和家庭等很多领域。
例如,传感器网络快速部署、自组织和容错特性使其可以在军事指挥、控制、通信、计算、智能、监测、勘测方面起到不可替代的作用。
在医疗领域,传感器网络可以部署用来监测病人并辅助残障病人。
其他商业应用还包括跟踪产品质量、监测危险地域等。
无线传感器网络的实现需要自组织(Ad hoc)网络技术。
尽管已有许多Ad hoc网络的协议和算法,但并不能够满足传感器网络的需求。
具体来说,相对于一般意义上的自组织网络,传感器网络有以下一些特色,需要在体系结构的设计中特殊考虑。
(1) 无线传感器网络中的节点数目高出Ad hoc网络节点数目几个数量级,这就对传感器网络的可扩展性提出了要求。
由于传感器节点的数目多开销大,传感器网络通常不具备全球唯一的地址标识,这使得传感器网络的网络层和传输层相对于一般网络而言,有很大的简化。
此外,由于传感器网络节点众多,因此,单个节点的价格对于整个传感器网络的成本而言非常重要。