無線傳感器的網絡通信協議

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1DSN的概念、特征、以及挑戰

DSN是一種分布式的智能網絡系統，由大量的微小傳感器節點組成，這些節點進行組織時使用的方式是自組織的方式，通過隨機的部署完成的。其節點之間的距離一般很短，多跳和對等是其主要的無線通信方式。DSN的運作環境比較特殊，其可以在獨立的環境下運行。此外，用戶要想實現遠程的訪問，可以運用網關連接到Internet上，目的就達到了。我們可以將無線傳感器和傳統的無線自組織進行分析和比較，可以發現其有以下的特征：

（1）網絡規模很龐大。成千上萬的節點在DSN中，比傳統的無線自組織多出幾個數量級。

（2）在分布上，節點的范圍很廣，密度也比傳統的無線自組織高很多；

（3）許多因素會影響節點，比如：存儲能力、能量、計算能力都會限制節點。

（4）節點比較容易受到損壞，此外網絡拓撲結構的變化比較頻繁。

（5）節點的通信方式多是廣播，因此并不是點對點的通信。

（6）節點的數量大，因此統一的標識并沒有建立起來。

正是因為以上的特征，因此在進行通信協議的設計時的難度較大，會碰到許多新的挑戰，這些挑戰包括：

（1）資源受到限制。資源相對于每個節點來說都是有限的，更換也難以實現。同時，計算和存儲的能力比較差，可見節能是一個重要的設計目標，進行協議的簡單設計和規劃。

（2）可拓展。上面提到DSN的規模很大，因此通信協議的可拓展性就有很高的要求。這樣，就可以隨時隨地對節點的規模進行調整，通信的質量也就會得到保證。

（3）環境適應性以及健壯性。無人值守是DSN的工作環境，因此當環境有變動時，錯誤產生的概率就比較高。這是因為人為的破壞以及能量的限制會頻頻出現，進行干擾。可見，容錯能量高是一個重要的考慮因素，在實施通信協議的設計規劃時要考慮到。這樣系統的穩定性就會得到保證。

（4）安全性。系統的安全性是首要的，因此要得到保證，只有這樣才可以進行開銷的降低和削減，對節能的安全方法進行研究。

（5）實時性。由于DSN良好的反應能力，因此其應運范圍非常的廣泛，比如：航天、軍事、醫療等領域。我們一定要確保系統的實時通信能力。

2DSN的體系結構

DSN的體系結構主要由：管理模塊、應用支撐服務模塊和通信協議模塊這三個部分組成。

2.1通信協議

物理層的協議：該協議的主要任務是針對數據，包括：調制、發送以及接收。這一層的設計非常重要，其關系著電路的復雜度以及能耗等。數據鏈路層協議。目前，該協議主要分為3層。

（1）基于調度的MAC協議雖然有效的避免沖突掉，但是全局信息卻是實現的條件。可見，無論是在維護還是拓展的問題都有一定的難度。

（2）無沖突的實時MAC協議，比如：FDME和SDMA。該協議也可以對沖突進行避免，此外網絡的吞吐量也會大幅度的提高。但是，成本高時一個主要的缺點，在大規模的系統中大面積的使用是難以實現的。

（3）基于競爭的MAC協議，例如CSMA。快捷的實現是該協議的特點，推展也比較容易。但沖突存在，這些沖突會讓時間和能量浪費，在進行時延的估計時難度也比較大。以上的3個協議基本上使用在傳感器網絡中的難度比較大。網絡層協議：該層的任務針對路由，包括：生成和選擇。和傳統的網絡比較，DSN的通信模型具有明顯的特征，主要分為以下幾個方面：

（1）以數據為中心。在DSN中，全局的唯一標識和地址是不需要的。比如：在一個傳感器的網絡應用中，如果其和某個溫度有關，因此用戶對第27號傳感器的溫度就不會關心。

（2）面向特定的應用。無論是通信架構還是提供的服務都具有專門的針對性。

2.2DSN的管理

能量管理：該管理的主要目標是對節點進行控制，因此能量使用的控制就可以實現。拓撲管理。為了減低能量的消耗，對節點實施周期性的休眠是必要的。這樣，網絡的聯通的暢通才會實現。

2.3應用支撐服務

需要指出的是，關于DSN的傳輸控制的研究比較少，今后的研究方向和熱點是：在拓撲結構、信道質量動態變化的狀況下，如何實現節能可靠實時性高的數據傳輸。

3結束語

DSN以其靈活、可擴展、健壯等優良的特性獲得在軍事、航天、醫療以及家庭方面的廣泛應用，因此實用價值非常的高。其必然在將來成為人們日常生活不可分割的一部分。但是，由于其資源受限以及節點易被損害的特征，其實現也具有一定的難度。當下，關于DSN的研究還處于初級階段，還有許多的問題需要大家去共同克服，這樣難題才會被破解，研究才會完成。

作者：張璇單位：西安郵電大學