無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構

傳感器網(wǎng)絡的體系結構主要包括三方面，即傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)結構、節(jié)點結構和網(wǎng)絡協(xié)議棧。
　　(1)網(wǎng)絡系統(tǒng)結構
　　無線傳感器網(wǎng)絡是一種智能網(wǎng)絡，它由大量具有特定功能的傳感器節(jié)點組成，能夠通過自組織的方式進行信息采集和處理，利用無線通信相互傳遞信息，協(xié)同完成指定任務。通過傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)各部分相互協(xié)作地感知、收集和處理監(jiān)測區(qū)域內(nèi)感知對象的信息，并發(fā)送給用戶，人們可以直接感知物理世界，從而地改進了現(xiàn)有網(wǎng)絡的功能，并提高了人類認識世界的能力。
　　傳感器網(wǎng)絡通常包括三類節(jié)點，即傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。在實際應用中，大量傳感器節(jié)點一般被隨機部署在監(jiān)測區(qū)域中，并通過自組織方式構成無線網(wǎng)絡。每個傳感器節(jié)點不僅負責監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，還負責數(shù)據(jù)的轉發(fā)。監(jiān)測數(shù)據(jù)在各傳感器節(jié)點間被逐跳進行傳輸，經(jīng)多跳路由后到達匯聚節(jié)點，期間可能被多個節(jié)點進行數(shù)據(jù)處理以提高信息的精度并降低冗余度。監(jiān)測數(shù)據(jù)   后通過互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等到達管理節(jié)點。用戶也可以通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行管理和控制，下達監(jiān)測任務并收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。
　　傳感器節(jié)點一般是一個嵌入式系統(tǒng)，具有計算、存儲和通信能力，除作為網(wǎng)絡終端外，還兼具路由器的功能。傳感器節(jié)點不僅負責本地信息的收集和處理，還要作為中繼節(jié)點轉發(fā)和融合來自其它節(jié)點的數(shù)據(jù)，相互協(xié)同地完成一些網(wǎng)絡任務。受體積、成本和部署環(huán)境等因素的限制，傳感器節(jié)點的計算能力較弱，存儲容量較小，通信能力有限。
　　匯聚節(jié)點又稱為基站，具有較強的計算能力、存儲能力和通信能力。匯聚節(jié)點連接了傳感器網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡，它把傳感器節(jié)點收集到的信息轉發(fā)給外部網(wǎng)絡，同時把管理節(jié)點提交的監(jiān)測任務發(fā)布給傳感器節(jié)點。匯聚節(jié)點可以被看作   節(jié)點，有足夠的能量供給和計算存儲資源。
　　(2)傳感器節(jié)點結構
　　傳感器節(jié)點通常包括四部分模塊：傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊。部分敏感部分采用傳感器外殼加以封裝保護。其中傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內(nèi)溫度、濕度、光線、聲音等信息的采集和將其進行數(shù)據(jù)轉換，它由傳感器和模數(shù)轉換單元組成；處理器模塊負責控制傳感器節(jié)點各部分的操作，存儲和處理本身以及來自其他節(jié)點的數(shù)據(jù)，通常需要包含一個操作系統(tǒng)，如MANTIS、TinyOS、SOS等；無線通信模塊用于節(jié)點間的無線通信，交換控制消息和收集發(fā)送采集數(shù)據(jù)；能量供應模塊的供電通常由微型電池提供，負責為節(jié)點提供運行所需的能量。
　　由于傳感器節(jié)點自身攜帶的電池能量有限，且部署區(qū)域環(huán)境一般比較復雜，因而通過電池   換和補充能量是不現(xiàn)實的。在傳感器節(jié)點的三大耗能模塊中，無線通信模塊消耗能量   多。在無線通信模塊具有的發(fā)送、接收、空閑和睡眠四種狀態(tài)中，發(fā)送狀態(tài)能耗   大。在空閑狀態(tài)，無線通信模塊進行無線偵聽，此時能耗和接收狀態(tài)相當，略少于發(fā)送狀態(tài)。而在睡眠狀態(tài)，由于通信模塊被關閉，此時能耗   少。所以，為了   使用能量以   大化網(wǎng)絡生命，在設計傳感器網(wǎng)絡協(xié)議時應考慮盡量減少不   的轉發(fā)和接收，無需通信時應使節(jié)點盡可能多的處于睡眠狀態(tài)。
　　(3)無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧
　　無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議棧是在傳統(tǒng)開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI)的基礎上，結合傳感器網(wǎng)絡自身的特點和應用，進行細化和改進而的。典型的傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧構成主要由分層的網(wǎng)絡通信協(xié)議、網(wǎng)絡管理平臺以及應用支撐平臺三大部分組成。
　　其中分層的網(wǎng)絡通信協(xié)議與Internet網(wǎng)絡中的TCP/IP協(xié)議體系類似，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層五層組成。其中物理層負責選擇信道，調(diào)制信號和收發(fā)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)鏈路層負責為網(wǎng)絡提供無差錯的數(shù)據(jù)傳輸鏈路；網(wǎng)絡層負責路由發(fā)現(xiàn)和選擇；傳輸層負責傳輸和控制數(shù)據(jù)，用于服務質(zhì)量；應用層包括一系列的應用軟件，可以提供應用服務接口和網(wǎng)絡管理接口。
　　網(wǎng)絡管理平臺的主要功能有兩方面，一是對傳感器節(jié)點自身的管理，二是用戶對傳感器網(wǎng)絡的管理。它包括拓撲控制、服務質(zhì)量管理、能量管理、   管理、移動管理、網(wǎng)絡管理等。應用支撐平臺包括基于監(jiān)測任務的一系列應用層軟件，它是以分層網(wǎng)絡通信協(xié)議以及網(wǎng)絡管理平臺為基礎而建立的，通過應用服務接口和網(wǎng)絡管理接口為用戶提供與應用相關的支持。