無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構研究

0 引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )由大量高密度分布的處于被觀(guān)測對象內部或周?chē)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器節點(diǎn)組成、其節點(diǎn)不需要預先安裝或預先決定位置，這樣提高了動(dòng)態(tài)隨機部署于不可達或危險地域的可行性、傳感器網(wǎng)絡(luò )具有廣泛的應用前景，范圍涵蓋醫療、軍事和家庭等很多領(lǐng)域。例如，傳感器網(wǎng)絡(luò )快速部署、自組織和容錯特性使其可以在軍事指揮、控制、通信、計算、智能、監測、勘測方面起到不可替代的作用、在醫療領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò )可以部署用來(lái)監測病人并輔助殘障病人、其他商業(yè)應用還包括跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量、監測危險地域等。
本文對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構進(jìn)行了較為深入的研究，從物理體系結構、軟件體系結構和通信體系結構三個(gè)層面進(jìn)行了分析。

1 體系結構概述
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )包括4類(lèi)基本實(shí)體對象：目標、觀(guān)測節點(diǎn)傳感節點(diǎn)和感知視場(chǎng)，另外，還需定義外部網(wǎng)絡(luò )、遠程任務(wù)管理單元和用戶(hù)來(lái)完成對整個(gè)系統的應用刻畫(huà)，如圖1所示。大量傳感節點(diǎn)隨機部署，通過(guò)自組織方式構成網(wǎng)絡(luò )，協(xié)同形成對目標的感知視場(chǎng)。傳感節點(diǎn)檢測的目標信號經(jīng)本地簡(jiǎn)單處理后通過(guò)鄰近傳感節點(diǎn)多跳傳輸到觀(guān)測節點(diǎn)。用戶(hù)和遠程任務(wù)管理單元通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò )，比如衛星通信網(wǎng)絡(luò )或Internet，與觀(guān)測節點(diǎn)進(jìn)行交互。觀(guān)測節點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò )發(fā)布查詢(xún)請求和控制指令，接收傳感節點(diǎn)返回的目標信息。

傳感節點(diǎn)具有原始數據采集、本地信息處理、無(wú)線(xiàn)數據傳輸及與其它節點(diǎn)協(xié)同工作的能力，依據應用需求，還可能攜帶定位，能源補給或移動(dòng)等模塊。節點(diǎn)可采用飛行器撒播、火箭彈射或人工埋置等方式部署。
目標是網(wǎng)絡(luò )感興趣的對象及其屬性，有時(shí)特指某類(lèi)信號源。傳感節點(diǎn)通過(guò)目標的熱、紅外、聲納、雷達或震動(dòng)等信號，獲取目標溫度、光強度、噪聲、壓力、運動(dòng)方向或速度等屬性。傳感節點(diǎn)對感興趣目標的信息獲取范圍稱(chēng)為該節點(diǎn)的感知視場(chǎng)，網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)視場(chǎng)的集合稱(chēng)為該網(wǎng)絡(luò )的感知視場(chǎng)。當傳感節點(diǎn)檢測到的目標信息超過(guò)設定閥值，需提交給觀(guān)測節點(diǎn)時(shí)，被稱(chēng)為有效節點(diǎn)。
觀(guān)測節點(diǎn)具有雙重身份。一方面，在網(wǎng)內作為接收者和控制者，被授權監聽(tīng)和處理網(wǎng)絡(luò )的事件消息和數據，可向傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)布查詢(xún)請求或派發(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 )間信令和數據的轉換，是連接傳感器網(wǎng)絡(luò )與其它網(wǎng)絡(luò )的橋梁。通常假設觀(guān)測節點(diǎn)能力較強，資源充分或可補充。觀(guān)測節點(diǎn)有被動(dòng)觸發(fā)和主動(dòng)查詢(xún)兩種工作模式，前者被動(dòng)地由傳感節點(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(xún)傳感節點(diǎn)，較常用。