无线传感器网络通信论文

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一、DSN概念与挑战

DSN是由大量部署在各自作用区内的微型传感器作为网络节点，组成的一种分布式智能网络系统，这种传感器网络系统具有节点信息互通迅速的特点，相互之间的联系方式多选择多跳（multi-hop）、对等（peertopeer）的无线通信方式。DSN可以作为局域网络在脱机情况下进行独立运行，也可以连接在Internet上利用互联网进行远程登陆和远程控制。随着DSN网络信息系统的进步和发展，给通信协议的设计提出了一些新的挑战：第一，资源受限，在DSN中每个微型传感器也就是网络的节点，因为是独立工作状态，所以只能携带有限的不可更换的电源，在电量和电压供应上没有保障，导致微型传感器的运算能力和存储能力都较弱；第二，可扩展性要求，DSN系统规模庞大，而且应用的领域并不确定，所以需要通信协议具有较强的可扩展性，能够根据通信网络的应用领域和应用环境进行实时调整；第三，环境适应性，创造DSN网络信息系统的目的，就是要将它应用在长期无人值守条件下工作，在恶劣环境下微型传感器遭遇恶劣环境和人为毁坏的几率极大，要求通信协议能够适应传感器的这种高损失率，在有微型传感器损失的情况下，依然能依靠现有传感器节点进行信息处理和交互；第四，安全性，安全是系统可用的前提，DSN系统要在保证通信安全的前提下，降低系统维护费用，研究节能的安全算法；第五，实时性，DSN系统是一种信息的快速响应系统，一般被应用于航空航天、医疗等重要领域，在这种关系到人民群众切身利益的行业领域应用，就一定要保证信息传输的实时性、保证信息的时效性。

二、通信协议研究进展

2.1物理层协议在当前的无线传感器网络领域，无线电传输是DSN的主流传输方式，运用无线电进行信息传输面临的主要问题是，无线电频段的选择、编码的节能化和调制算法设计。在频率选择方面，ISM频段由于其自身无需注册的系统开放性和频段的大范围可选择性，成为当前无线电传输的主流，在这一频段的无线电传输中共有433MHz和915MHz两种频段的收发器设计方法。

2.2数据链路层协议

2.2.1拓扑生成DSN的拓扑结构可以分为两种，一种是平面结构，一种是层次结构。所谓的平面结构就是所有的网络节点在网络信息系统中处于平等地位，节点与节点之间不存在相互从属的关系，这种网络组织结构具有结构简单维护方便的特点，每个节点都有自己固定的算法，所有的平等节点统属控制系统管理，是一种典型的扁平化的节点管理方式，但是这种管理方式也存在着自身的缺陷，那就是因为系统中管理节点的缺失，节点之间协同的算法复杂，对协同信息的反应比较慢。层次结构是与平面结构相对应的节点结构，网络信息系统的层次结构通常以簇的形式存在，所谓的簇就是一个传感器节点的集合，在这一集合中集结了很多的节点，每个簇都以自身内部存在的逻辑规则约束簇内的信息节点，并结合簇的应用方向选择出称为簇首的节点，簇首模仿自身的算法机制对簇中的其他节点进行管理，这样的根据应用目标不同以协议的形式，将信息节点约束成簇的节点管理方式极大的提高了网络系统的可扩展性，方便了网络系统的管理。

2.2.2信道介入方式现有的信道介入方法协议——MAC协议，由于在信息传输过程中复杂程度较高和能耗的问题无法解决，已经不适合在DSN中应用，研究人员基于对DSN系统特点的分析为DSN设置了特定的信道协议。研究人员针对DSN系统的特点开发出了SMACS协议和EAR协议，由这两个通信协议进行信息管理，其中SMACS协议负责系统中节点的自动组网工作，EAR协议负责网络系统中的移动节点的接入工作。这样一动一静两个信道协议将网络信息系统运行维护起来。

2.3传输层协议DSN系统自身的设计更加偏重于无线传感节点的管理与控制，所以在信息传输和通信可靠性上存在弱点，其中最大的问题就是传输中出现错误的恢复机制。因为无线传感器传输过程中信息错误是必不可免的，那么相关的错误恢复机制也在DSN设计时就已经存在，但是经过实践的验证，DSN自身的错误恢复机制，在信道通信质量下降的同时纠错机制也开始出现纠错率的下降。针对这一现象研究人员提出了逐跳（hopbyhop）的错误恢复机制，让数据传输的中间节点参与到错误恢复中来，让信息传输的每一跳都对上一跳形成的信息错误进行纠正，这样的纠错机制极大的提高了系统纠错的效率，同时也避免了错误累积导致的通信质量下降。

三、结论

随着社会生产的大规模集成化，无线传感器网络的应用将会越来越广泛，而在无线传感器网络的建设过程中，通信协议的质量对信息网络的质量有着直接的影响，一定要在需求分析的基础上进行通信协议的编写，保障无线传感器网络在社会生产中的积极作用发挥。

作者：秦伟单位：云南省科普资源信息中心