無線傳感器網(wǎng)絡體系結構研究

2 無線傳感器網(wǎng)絡物理體系結構
傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡采用“平坦”結構，部署在監(jiān)測區(qū)域中用于數(shù)據(jù)采集的微型傳感器節(jié)點同構，每個節(jié)點的計算能力、通信距離和能量供應相當。節(jié)點采集的數(shù)據(jù)通過多跳通信的方式，借助網(wǎng)絡內其他節(jié)點的轉發(fā)，將數(shù)據(jù)傳回到匯聚節(jié)點，再通過匯聚節(jié)點與其他網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)遠程訪問和網(wǎng)絡查詢、管理。平坦結構的網(wǎng)絡雖然能夠工作，但隨著節(jié)點數(shù)量的增加，網(wǎng)絡覆蓋范圍的擴大，長的通信路徑將導致數(shù)據(jù)包丟失的概率增大，網(wǎng)絡性能下降，也會導致用于轉發(fā)數(shù)據(jù)的中間節(jié)點更多的能量消耗，降低網(wǎng)絡生存周期。根據(jù)IPv6無線傳感器網(wǎng)絡的特點，實際應用中一般采用異構節(jié)點組成的、層次化的網(wǎng)絡，如圖2所示。

無線傳感器網(wǎng)絡應用支撐層、無線傳感器網(wǎng)絡基礎設施和基于無線傳感器網(wǎng)絡應用業(yè)務層的一部分共性功能以及管理、信息安全等部分組成了無線傳感器網(wǎng)絡中間件和平臺軟件。其基本含義是，應用支撐層支持應用業(yè)務層為各個應用領域服務，提供所需的各種通用服務，在這一層中核心的是中間件軟件；管理和信息安全是貫穿各個層次的保障。無線傳感器網(wǎng)絡中間件和平臺軟件體系結構主要分為四個層次：網(wǎng)絡適配層、基礎軟件層、應用開發(fā)層和應用業(yè)務適配層，其中網(wǎng)絡適配層和基礎軟件層組成無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點嵌入式軟件(部署在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點中)的體系結構，應用開發(fā)層和基礎軟件層組成無線傳感器網(wǎng)絡應用支撐結構(支持應用業(yè)務的開發(fā)與實現(xiàn))。網(wǎng)絡適配層：在網(wǎng)絡適配層中，網(wǎng)絡適配器是對無線傳感器網(wǎng)絡底層(無線傳感器網(wǎng)絡基礎設施、無線傳感器操作系統(tǒng))的封裝?；A軟件層：基礎軟件層包含無線傳感器網(wǎng)絡各種中間件。這些中間件構成無線傳感器網(wǎng)絡平臺軟件的公共基礎，并提供了高度的靈活性、模塊性和可移植性。
網(wǎng)絡中間件：完成無線傳感器網(wǎng)絡接入服務、網(wǎng)絡生成服務、網(wǎng)絡自愈合服務、網(wǎng)絡連通性服務等。
配置中間件：完成無線傳感器網(wǎng)絡的各種配置工作，例如路由配置，拓撲結構的調整等。
功能中間件：完成無線傳感器網(wǎng)絡各種應用業(yè)務的共性功能，提供各種功能框架接口。
管理中間件：為無線傳感器網(wǎng)絡應用業(yè)務實現(xiàn)各種管理功能，例如目錄服務，資源管理、能量管理、生命周期管理。
安全中間件：為無線傳感器網(wǎng)絡應用業(yè)務實現(xiàn)各種安全功能，例如安全管理、安全監(jiān)控、安全審計。
無線傳感器網(wǎng)絡中間件和平臺軟件采用層次化、模塊化的體系結構，使其更加適應無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的要求，并用自身的復雜換取應用開發(fā)的簡單，而中間件技術能夠更簡單明了地滿足應用的需要。一方面，中間件提供滿足無線傳感器網(wǎng)絡個性化應用的解決方案，形成一種特別適用的支撐環(huán)境；另一方面，中間件通過整合，使無線傳感器網(wǎng)絡應用只需面對一個可以解決問題的軟件平臺，因而以無線傳感器網(wǎng)絡中間件和平臺軟件的靈活性、可擴展性保證了無線傳感器網(wǎng)絡安全性，提高了無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理能力和能量效率，降低了應用開發(fā)的復雜性。