基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量的研究

摘要：針對于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，以及新型的協(xié)議規范ZigBee協(xié)議在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中廣泛應用，以分析研究基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)質(zhì)量的評價(jià)機制為目的。通過(guò)對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )及ZigBee協(xié)議的組成、通信特點(diǎn)的研究，以及結合傳統網(wǎng)絡(luò )的QoS評價(jià)機制，最終總結得到可以從5個(gè)方面來(lái)評價(jià)ZigBee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)；服務(wù)質(zhì)量(QoS)；ZigBee協(xié)議；評價(jià)機制

隨著(zhù)傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式計算技術(shù)的飛速發(fā)展，它們之間互相融合且日益成熟，人們研制出了各種具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器。由許多微型傳感器構成的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Networks，WSN)引起了人們的極大關(guān)注。WSN綜合了傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理和通信等多種技術(shù)，以自組多跳的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方式實(shí)時(shí)監測、采集和處理各種環(huán)境或對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理或控制，傳送給需要這些信息的用戶(hù)。在國防軍事、工農業(yè)、城市管理、生物醫療、環(huán)境監測、危險區域遠程控制等許多重要領(lǐng)域WSN都有具有十分廣闊的應用前景。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )作為一個(gè)快速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，其標準林立這不利于各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的互聯(lián)及網(wǎng)絡(luò )的管理。近幾年，有一項協(xié)議規范在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的應用廣泛，它就是ZigBee協(xié)議。ZigBee是一種新興的近距離、低數據速率、低功耗、低復雜度、低成本的自組網(wǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。與其它的幾種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)如藍牙、Wi—Fi、UWB、GPRS、CDMA相比，ZigBee的省電、可靠、成本低、網(wǎng)絡(luò )容量大，低復雜性，自組網(wǎng)等特點(diǎn)更適合予無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。ZigBee雖然作為一種新興技術(shù)，但由于其自身的諸多優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注并有著(zhù)極為廣闊的應用前景。
目前無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究工作主要集中在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信協(xié)議方面，而服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)是WSN是否實(shí)用和可用性的關(guān)鍵，所以無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )QoS管理的理論和技術(shù)是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )概念及特點(diǎn)
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一種新興的無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )，由大量無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)通過(guò)自組織的方式組成網(wǎng)絡(luò )。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )是由數據獲取網(wǎng)絡(luò )、數據分布網(wǎng)絡(luò )和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的節點(diǎn)，各節點(diǎn)通過(guò)協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò )，將采集來(lái)的數據通過(guò)優(yōu)化后經(jīng)無(wú)線(xiàn)電波傳輸給信息處理中心。圖1給出了一個(gè)典型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )結構。

匯聚節點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )的中心，具有協(xié)調和網(wǎng)關(guān)的作用，負責對監控區域中的傳感器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )配置、管理和數據的匯聚；同時(shí)匯聚節點(diǎn)也是一個(gè)網(wǎng)關(guān)，利用它可通過(guò)廣域網(wǎng)(如Internet網(wǎng)絡(luò )或衛星網(wǎng)絡(luò ))將數據送至任務(wù)管理節點(diǎn)即用戶(hù)處進(jìn)行統計分析和處理。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)傳感器節點(diǎn)要求體積小，功耗低，成本低。這是由于傳感器網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)數量龐大且分布密度也很大所決定的；2)節點(diǎn)資源高度受限。由于受成本和物理環(huán)境的限制，節點(diǎn)的處理能力和存儲空間都有限，且節點(diǎn)一般由電池驅動(dòng)能量也有限；3)以數據為中心的網(wǎng)絡(luò )。因為傳感器網(wǎng)絡(luò )是以數據本身作為查詢(xún)或傳輸線(xiàn)索；4)是一個(gè)具有自組網(wǎng)能力的動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò )：由于在使用過(guò)程中，節點(diǎn)的個(gè)數會(huì )因需要或故障隨時(shí)加入和退出網(wǎng)絡(luò )中，而且節點(diǎn)也會(huì )移動(dòng)，加之無(wú)線(xiàn)通信信道的不穩定性，從而使網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構會(huì )隨之動(dòng)態(tài)變化。因此要求無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )要能夠適應這種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的動(dòng)態(tài)變化，具有自組網(wǎng)、智能化和協(xié)同感知等功能。5)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的安全性。