無線傳感器網絡體系結構研究

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

無線傳感器網絡應用支撐層、無線傳感器網絡基礎設施和基于無線傳感器網絡應用業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。無線傳感器網絡中間件和平臺軟件體系結構主要分為四個層次：網絡適配層、基礎軟件層、應用開發層和應用業務適配層，其中網絡適配層和基礎軟件層組成無線傳感器網絡節點嵌入式軟件(部署在無線傳感器網絡節點中)的體系結構，應用開發層和基礎軟件層組成無線傳感器網絡應用支撐結構(支持應用業務的開發與實現)。網絡適配層：在網絡適配層中，網絡適配器是對無線傳感器網絡底層(無線傳感器網絡基礎設施、無線傳感器操作系統)的封裝。基礎軟件層：基礎軟件層包含無線傳感器網絡各種中間件。這些中間件構成無線傳感器網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。
網絡中間件：完成無線傳感器網絡接入服務、網絡生成服務、網絡自愈合服務、網絡連通性服務等。
配置中間件：完成無線傳感器網絡的各種配置工作，例如路由配置，拓撲結構的調整等。
功能中間件：完成無線傳感器網絡各種應用業務的共性功能，提供各種功能框架接口。
管理中間件：為無線傳感器網絡應用業務實現各種管理功能，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：為無線傳感器網絡應用業務實現各種安全功能，例如安全管理、安全監控、安全審計。
無線傳感器網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絡應用系統的要求，并用自身的復雜換取應用開發的簡單，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絡個性化應用的解決方案，形成一種特別適用的支撐環境；另一方面，中間件通過整合，使無線傳感器網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絡安全性，提高了無線傳感器網絡數據管理能力和能量效率，降低了應用開發的復雜性。