無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.1 體系結(jié)構(gòu)概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括4類基本實(shí)體對(duì)象：目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)。另外，還需定義外部網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元和用戶來(lái)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用刻畫(huà)，如圖2-1所示。 大量傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署隨機(jī)部署，通過(guò)自組織自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同協(xié)同形成對(duì)目標(biāo)的感知對(duì)目標(biāo)的感知視場(chǎng)。傳感節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)本地簡(jiǎn)單處理 后通過(guò)鄰近傳感節(jié)點(diǎn)多跳傳輸多跳傳輸?shù)接^測(cè)節(jié)點(diǎn)。用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)，比如衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或Internet，與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。觀測(cè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求和控觀測(cè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求和控制指令，接收傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息制指令

2、，接收傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 傳感節(jié)點(diǎn)傳感節(jié)點(diǎn)具有原始數(shù)據(jù)采集、本地信息處理、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸及與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作的能力，依據(jù)應(yīng)用需求，還可能攜帶定位，能源補(bǔ)給或移動(dòng)等模塊。節(jié)點(diǎn)可采用飛行器撒播、火箭彈射或人工埋置等方式部署。 目標(biāo)目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)感興趣的對(duì)象及其屬性，有時(shí)特指某類信號(hào)源。傳感節(jié)點(diǎn)通過(guò)目標(biāo)的熱、紅外、聲納、雷達(dá)或震動(dòng)等信號(hào)，獲取目標(biāo)溫度、光強(qiáng)度、噪聲、壓力、運(yùn)動(dòng)方向或速度等屬性。 傳感節(jié)點(diǎn)對(duì)感興趣目標(biāo)的信息獲取范圍稱為該節(jié)點(diǎn)的感知視場(chǎng)感知視場(chǎng)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)視場(chǎng)的集合稱為該網(wǎng)絡(luò)的感知視場(chǎng)。當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的目標(biāo)信息超過(guò)設(shè)定閥值，需提交給觀測(cè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，被稱為有

3、效節(jié)點(diǎn)。 觀測(cè)節(jié)點(diǎn)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)具有雙重身份。 一方面，在網(wǎng)內(nèi)作為接收者和控制者，被授權(quán)監(jiān)聽(tīng)和處理網(wǎng)絡(luò)的事件消息和數(shù)據(jù)，可向傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求或派發(fā)任務(wù)； 另一方面，面向網(wǎng)外作為中繼和網(wǎng)關(guān)完成傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)間信令和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，是連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)的橋梁。 通常假設(shè)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)能力較強(qiáng)，資源充分或可補(bǔ)充。觀測(cè)節(jié)點(diǎn)有被動(dòng)觸發(fā)被動(dòng)觸發(fā)和主動(dòng)查詢主動(dòng)查詢兩種工作模式，前者被動(dòng)地由傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)出的感興趣事件或消息觸發(fā)，后者則周期掃描網(wǎng)絡(luò)和查詢傳感節(jié)點(diǎn)，較常用。第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.傳感器節(jié)點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)采集模塊 （2）處理控制模塊 （3）無(wú)線通信模塊（4）能量供應(yīng)模塊 2. 匯聚節(jié)點(diǎn)3.管

4、理節(jié)點(diǎn)第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件體系結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件和平臺(tái)軟件體系結(jié)構(gòu)主要分為四個(gè)層次：網(wǎng)絡(luò)適配層、基礎(chǔ)軟件層、應(yīng)用開(kāi)發(fā)層和應(yīng)用業(yè)務(wù)適配層。其中，網(wǎng)絡(luò)適配層和基礎(chǔ)軟件層組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嵌入式軟件(部署在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中)的體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)層和基礎(chǔ)軟件層組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐結(jié)構(gòu)(支持應(yīng)用業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn))。（1）網(wǎng)絡(luò)適配層：（2）基礎(chǔ)軟件層：1）網(wǎng)絡(luò)中間件2）配置中間件3）功能中間件4）管理中間件5）安全中間件第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路

5、層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，還包無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，還包括能量管理、移動(dòng)管理和任務(wù)管理等平臺(tái)。這些管理平臺(tái)使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照能源括能量管理、移動(dòng)管理和任務(wù)管理等平臺(tái)。這些管理平臺(tái)使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。圖圖2-5所示為協(xié)議棧模型，定位和時(shí)間子層在協(xié)議棧中的位置比較特殊，它們既要依賴所示為協(xié)議棧模型，定位和時(shí)間子層在協(xié)議棧中的位置比較特殊，它們既要依賴于數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行協(xié)作定位和時(shí)間同步

6、協(xié)商，同時(shí)又要為各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供信息支持，于數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行協(xié)作定位和時(shí)間同步協(xié)商，同時(shí)又要為各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供信息支持，如基于時(shí)分復(fù)用的如基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議、基于地理位置的路由協(xié)議等都需要定位和同步信息。協(xié)議、基于地理位置的路由協(xié)議等都需要定位和同步信息。第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)（1）物理層（2）數(shù)據(jù)鏈路層（3）網(wǎng)絡(luò)層（4）傳輸控制層（5）應(yīng)用層無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 一、單跳網(wǎng)絡(luò) 概念：為了向匯聚節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，各傳感器節(jié)點(diǎn)可以采用單跳方式將各自的數(shù)據(jù)直接發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，采用這種方式所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 為單跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：長(zhǎng)距離

7、通信，能量消耗、硬件花費(fèi)高；能量不能得以均衡使用；隨網(wǎng)絡(luò)變大傳輸碰撞引起傳輸延遲。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 二、多跳網(wǎng)絡(luò) 概念：傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)將所采集到的數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，從而有效的降低通信所需的能耗。 1、平面結(jié)構(gòu) 各傳感器節(jié)點(diǎn)地位相同、匯聚節(jié)點(diǎn)泛洪發(fā)消息，各可響應(yīng)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳和與其他節(jié)點(diǎn)中繼方式與匯聚節(jié)點(diǎn)通信。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2、分層結(jié)構(gòu) 分簇結(jié)構(gòu)簇成員（較低能量）采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)給較近距離的簇頭（較高能量），簇頭處理數(shù)據(jù)后，發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。 特點(diǎn)：降低通信能耗、平衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?。需周期分簇，以平衡?jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)負(fù)載。經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)融合，可降低數(shù)據(jù)冗余，減少傳輸數(shù)據(jù)量，提高網(wǎng)絡(luò)能量效率。 無(wú)線傳感器分類 1、靜止網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 2、確定性和非確定性網(wǎng)絡(luò) 3、靜止匯聚節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 4、單匯聚節(jié)點(diǎn)和多匯聚節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 5、同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.3 小結(jié)傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)受應(yīng)用驅(qū)動(dòng)?？偟恼f(shuō)來(lái)，靈活性、容錯(cuò)性、高密度以及快速部署等傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征為其帶來(lái)了許多新的應(yīng)用、在未來(lái)，有許多廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域可以使傳感器網(wǎng)絡(luò)成為人們生活中的一個(gè)不可缺少的組成部分，實(shí)現(xiàn)這些和其他的傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需要自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。然而，傳統(tǒng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)并不能夠完全適應(yīng)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。因此，充分認(rèn)識(shí)和研究傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織方式及傳感器網(wǎng)絡(luò)