无线传感器的网络通信协议

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1DSN的概念、特征、以及挑战

DSN是一种分布式的智能网络系统，由大量的微小传感器节点组成，这些节点进行组织时使用的方式是自组织的方式，通过随机的部署完成的。其节点之间的距离一般很短，多跳和对等是其主要的无线通信方式。DSN的运作环境比较特殊，其可以在独立的环境下运行。此外，用户要想实现远程的访问，可以运用网关连接到Internet上，目的就达到了。我们可以将无线传感器和传统的无线自组织进行分析和比较，可以发现其有以下的特征：

（1）网络规模很庞大。成千上万的节点在DSN中，比传统的无线自组织多出几个数量级。

（2）在分布上，节点的范围很广，密度也比传统的无线自组织高很多；

（3）许多因素会影响节点，比如：存储能力、能量、计算能力都会限制节点。

（4）节点比较容易受到损坏，此外网络拓扑结构的变化比较频繁。

（5）节点的通信方式多是广播，因此并不是点对点的通信。

（6）节点的数量大，因此统一的标识并没有建立起来。

正是因为以上的特征，因此在进行通信协议的设计时的难度较大，会碰到许多新的挑战，这些挑战包括：

（1）资源受到限制。资源相对于每个节点来说都是有限的，更换也难以实现。同时，计算和存储的能力比较差，可见节能是一个重要的设计目标，进行协议的简单设计和规划。

（2）可拓展。上面提到DSN的规模很大，因此通信协议的可拓展性就有很高的要求。这样，就可以随时随地对节点的规模进行调整，通信的质量也就会得到保证。

（3）环境适应性以及健壮性。无人值守是DSN的工作环境，因此当环境有变动时，错误产生的概率就比较高。这是因为人为的破坏以及能量的限制会频频出现，进行干扰。可见，容错能量高是一个重要的考虑因素，在实施通信协议的设计规划时要考虑到。这样系统的稳定性就会得到保证。

（4）安全性。系统的安全性是首要的，因此要得到保证，只有这样才可以进行开销的降低和削减，对节能的安全方法进行研究。

（5）实时性。由于DSN良好的反应能力，因此其应运范围非常的广泛，比如：航天、军事、医疗等领域。我们一定要确保系统的实时通信能力。

2DSN的体系结构

DSN的体系结构主要由：管理模块、应用支撑服务模块和通信协议模块这三个部分组成。

2.1通信协议

物理层的协议：该协议的主要任务是针对数据，包括：调制、发送以及接收。这一层的设计非常重要，其关系着电路的复杂度以及能耗等。数据链路层协议。目前，该协议主要分为3层。

（1）基于调度的MAC协议虽然有效的避免冲突掉，但是全局信息却是实现的条件。可见，无论是在维护还是拓展的问题都有一定的难度。

（2）无冲突的实时MAC协议，比如：FDME和SDMA。该协议也可以对冲突进行避免，此外网络的吞吐量也会大幅度的提高。但是，成本高时一个主要的缺点，在大规模的系统中大面积的使用是难以实现的。

（3）基于竞争的MAC协议，例如CSMA。快捷的实现是该协议的特点，推展也比较容易。但冲突存在，这些冲突会让时间和能量浪费，在进行时延的估计时难度也比较大。以上的3个协议基本上使用在传感器网络中的难度比较大。网络层协议：该层的任务针对路由，包括：生成和选择。和传统的网络比较，DSN的通信模型具有明显的特征，主要分为以下几个方面：

（1）以数据为中心。在DSN中，全局的唯一标识和地址是不需要的。比如：在一个传感器的网络应用中，如果其和某个温度有关，因此用户对第27号传感器的温度就不会关心。

（2）面向特定的应用。无论是通信架构还是提供的服务都具有专门的针对性。

2.2DSN的管理

能量管理：该管理的主要目标是对节点进行控制，因此能量使用的控制就可以实现。拓扑管理。为了减低能量的消耗，对节点实施周期性的休眠是必要的。这样，网络的联通的畅通才会实现。

2.3应用支撑服务

需要指出的是，关于DSN的传输控制的研究比较少，今后的研究方向和热点是：在拓扑结构、信道质量动态变化的状况下，如何实现节能可靠实时性高的数据传输。

3结束语

DSN以其灵活、可扩展、健壮等优良的特性获得在军事、航天、医疗以及家庭方面的广泛应用，因此实用价值非常的高。其必然在将来成为人们日常生活不可分割的一部分。但是，由于其资源受限以及节点易被损害的特征，其实现也具有一定的难度。当下，关于DSN的研究还处于初级阶段，还有许多的问题需要大家去共同克服，这样难题才会被破解，研究才会完成。

作者：张璇单位：西安邮电大学