[發(fā)明專利]跨層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910064965.6
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN101557637A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭國強(qiáng);李濟(jì)順;周志立;孫若玉;馬華紅;彭勃;甘從輝;周立鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W80/00;H04W84/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳 浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種跨層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法，屬于 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是繼因特網(wǎng)之后，將對人類生活方式產(chǎn)生重大影響的IT技 術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一 起，從而改變?nèi)伺c自然界的交互方式，擴(kuò)展人類認(rèn)知世界的能力。作為一種無 處不在的感知技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境、醫(yī)療、家庭和其 它商用、工業(yè)領(lǐng)域；在空間探索和反恐、救災(zāi)等特殊的領(lǐng)域，它也有著得天獨(dú) 厚的技術(shù)優(yōu)勢。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布系統(tǒng)，與無線自組織網(wǎng)絡(luò)有很 多相似之處，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都自組織成網(wǎng)絡(luò)，不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施；網(wǎng)絡(luò)的拓 撲具有動態(tài)易變性；節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋范圍有限，通過多跳路由實(shí)現(xiàn)非相鄰節(jié)點(diǎn) 間的通信；網(wǎng)絡(luò)的安全性沒有保障等。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無線自組織網(wǎng)絡(luò)具 有明顯不同的技術(shù)要求和應(yīng)用目標(biāo)，無線自組織網(wǎng)絡(luò)以傳輸數(shù)據(jù)為目的，致力 于在不依賴于人和基礎(chǔ)設(shè)施的前提下為用戶提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；而無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心，將能源的高效使用作為首要設(shè)計(jì)目標(biāo)，專注于從 外界獲取有用信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還具有區(qū)別于無線自組織網(wǎng)絡(luò)的以下獨(dú)有 特征：

①規(guī)模大、密度高：為獲取盡可能精確、完整的信息，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通 常密集部署在大片的監(jiān)測區(qū)域中，其節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和密度較無線自組織網(wǎng)絡(luò)成數(shù) 量級的提高。它通過大量冗余節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作來提高系統(tǒng)的工作質(zhì)量。

②動態(tài)性強(qiáng)、拓?fù)湟鬃儯簾o線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作在一定的物理環(huán)境中。不斷 變化的外界環(huán)境會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的功能和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌斐删W(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)易 變，因此要求傳感器節(jié)點(diǎn)能夠隨著環(huán)境的變化而適時地調(diào)整自身的工作狀態(tài)， 系統(tǒng)的工作能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化。

③與應(yīng)用相關(guān)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過感知客觀世界的物理量來獲取外界的 信息。由于不同應(yīng)用關(guān)心不同的物理量，因而對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求也不同，其硬 件平臺、軟件和通信協(xié)議也必然會有很大差異。這就使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不能 同因特網(wǎng)那樣有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺，只有針對每一個具體的應(yīng)用來開展設(shè) 計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)高效、可靠的系統(tǒng)目標(biāo)；

④以數(shù)據(jù)為中心：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常關(guān)心的是某個區(qū)域內(nèi)某個觀 測指標(biāo)的數(shù)值，而不會去具體關(guān)心單個節(jié)點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)以及提供觀測數(shù)據(jù)的節(jié) 點(diǎn)本身，這就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)，它不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的尋 址過程，能夠快速有效地組織起各個節(jié)點(diǎn)的信息并融合提取出有用信息直接傳 送給用戶。這里用戶所關(guān)心的是如何獲取事件，而不是提供事件的某個或多個 節(jié)點(diǎn)。

⑤可靠性：通過隨機(jī)播撒的方式，傳感器節(jié)點(diǎn)可以被密集部署于指定的惡 劣環(huán)境或無人區(qū)域，在無人值守的狀態(tài)下工作，這就使得網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)變得十分 困難，甚至不太可能，因此要求傳感器節(jié)點(diǎn)非常堅(jiān)固、不易損壞。從安全性考 慮，要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須具有很好的魯棒性和容錯性。

⑥節(jié)點(diǎn)資源有限：傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能 力等都十分有限，因而在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時，傳感器節(jié)點(diǎn)的能力 要受到以下一些限制：

電源能量有限。隨著傳感器節(jié)點(diǎn)的微型化，節(jié)點(diǎn)的電池容量有限，而且由 于物理限制難以更換節(jié)點(diǎn)電池或補(bǔ)充能量，所以傳感器節(jié)點(diǎn)的電池能量限制是 整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的約束之一，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命。 傳感器節(jié)點(diǎn)消耗能量的模塊包括傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊，其 中絕大部分的能量消耗在無線通信模塊上，通常1比特信息傳輸100m距離所需 傳感器節(jié)點(diǎn)消耗能量的模塊包括傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊，其 中絕大部分的能量消耗在無線通信模塊上，通常1比特信息傳輸100m距離所需 的能量大約相當(dāng)于3000條計(jì)算指令所消耗的能量；

計(jì)算和存儲能力有限。廉價、微型的傳感器節(jié)點(diǎn)帶來了節(jié)點(diǎn)處理能力弱、 存儲器容量小的特點(diǎn)，使得其不能進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，而傳統(tǒng)有線和無線網(wǎng)絡(luò)上 研究成熟的通信協(xié)議和算法，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言實(shí)現(xiàn)開銷太大，難以使 用，因此必須重新設(shè)計(jì)簡單、有效的協(xié)議和算法。如何利用有限的計(jì)算和存儲 資源完成諸多協(xié)同任務(wù)成為對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。