無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )（WSN）設計經(jīng)典參考實(shí)例（一）

一、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議綜述

　　1、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的構成

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧由物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層、應用層5 部分組成，和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對應。

　　無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧

　　物理層：數據收集、采樣、發(fā)送、接收，以及信號的調制解調；

　　數據鏈路層：媒體接入控制，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間可靠通信鏈路的建立，為鄰居節點(diǎn)提供可靠的通信通道；

　　網(wǎng)絡(luò )層：發(fā)現和維護路由；

　　應用層：提供安全支持，實(shí)現密鑰管理和安全組播；

　　傳輸層：為端到端的連接提供可靠的傳輸、流量控制、差錯控制、QoS 等服務(wù)，即便是在OSI 模型中也只有該層是負責總體數據傳輸和控制的，因此非常重要。

　　2、傳統協(xié)議的不足之處

　　傳統IP 網(wǎng)絡(luò )主要使用協(xié)議棧中傳輸層的UDP 和TCP 協(xié)議控制數據傳輸。UDP 協(xié)議是面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，不提供對數據包的流量控制及錯誤恢復；TCP 協(xié)議則提供了可靠的傳輸保證，如利用滑動(dòng)窗口和AIMD 等機制進(jìn)行擁塞控制，以及使用重傳進(jìn)行差錯控制。但TCP 協(xié)議卻不能直接用于WSN，主要原因如下：

　?。?） TCP 協(xié)議遵循端到端（end-to-end）的設計思想，數據包的傳輸控制任務(wù)被賦予網(wǎng)絡(luò )的端節點(diǎn)上，中間節點(diǎn)只承擔數據包的轉發(fā)。而WSN 以數據為中心，中間節點(diǎn)可能會(huì )對相關(guān)數據進(jìn)行在網(wǎng)處理（In-network Processing），即根據數據相關(guān)性對多個(gè)數據包內的信息進(jìn)行綜合處理，得到新的數據包發(fā)送給接收端，直接使用TCP 協(xié)議會(huì )導致將此視為丟包而引發(fā)重傳。

　?。?） TCP 協(xié)議建立和釋放連接的握手機制相對比較復雜，耗時(shí)較長(cháng)，不利于傳感器節點(diǎn)及時(shí)反饋被監測對象的相關(guān)信息。WSN 網(wǎng)絡(luò )拓撲的動(dòng)態(tài)變化也給TCP 連接狀態(tài)的建立和維護帶來(lái)了一定的困難。

　?。?） TCP協(xié)議采用基于數據包（packet-based）的可靠性度量，即盡力保證所有發(fā)出的數據包都被接收節點(diǎn)正確收到。在WSN 中，可能會(huì )有多個(gè)傳感器節點(diǎn)監測同一對象，使得監測數據具有很強的冗余性和關(guān)聯(lián)性。只要最終獲取的監測信息能夠描述對象的真實(shí)狀況，具有一定的逼真度（fidelity），并不一定要求數據包傳輸的完全可靠，這種方式也被稱(chēng)為基于事件的（event-based）可靠性度量。

　?。?） TCP 協(xié)議中數據包重傳通過(guò)端節點(diǎn)之間的ACK 反饋和超時(shí)機制來(lái)保證。傳感器網(wǎng)絡(luò )數據包中所含的數據量相對較小，大量ACK 包的傳輸會(huì )加重傳輸負載和能量消耗。并且，每次ACK 確認和數據包重傳都要從發(fā)送端發(fā)出經(jīng)歷多跳傳輸路徑到達目的端，引發(fā)整條路徑上所有節點(diǎn)的能量消耗。