[發明專利]跨層的無線傳感器網絡介質訪問控制協議實現方法

無效

• 申請號: 200910064965.6
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN101557637A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 鄭國強;李濟順;周志立;孫若玉;馬華紅;彭勃;甘從輝;周立鵬
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W80/00;H04W84/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 浩

技術領域

本發明涉及一種跨層的無線傳感器網絡介質訪問控制協議實現方法，屬于 無線傳感器網絡領域。

背景技術

無線傳感器網絡是繼因特網之后，將對人類生活方式產生重大影響的IT技 術之一。無線傳感器網絡將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一 起，從而改變人與自然界的交互方式，擴展人類認知世界的能力。作為一種無 處不在的感知技術，無線傳感器網絡廣泛應用于軍事、環境、醫療、家庭和其 它商用、工業領域；在空間探索和反恐、救災等特殊的領域，它也有著得天獨 厚的技術優勢。

無線傳感器網絡是一種無中心節點的全分布系統，與無線自組織網絡有很 多相似之處，網絡中的節點都自組織成網絡，不需要任何基礎設施；網絡的拓 撲具有動態易變性；節點的通信覆蓋范圍有限，通過多跳路由實現非相鄰節點 間的通信；網絡的安全性沒有保障等。但無線傳感器網絡與無線自組織網絡具 有明顯不同的技術要求和應用目標，無線自組織網絡以傳輸數據為目的，致力 于在不依賴于人和基礎設施的前提下為用戶提供高質量的數據傳輸服務；而無 線傳感器網絡以數據為中心，將能源的高效使用作為首要設計目標，專注于從 外界獲取有用信息。無線傳感器網絡還具有區別于無線自組織網絡的以下獨有 特征：

①規模大、密度高：為獲取盡可能精確、完整的信息，無線傳感器網絡通 常密集部署在大片的監測區域中，其節點的數量和密度較無線自組織網絡成數 量級的提高。它通過大量冗余節點的協同工作來提高系統的工作質量。

②動態性強、拓撲易變：無線傳感器網絡工作在一定的物理環境中。不斷 變化的外界環境會嚴重影響系統的功能和網絡的拓撲，造成網絡拓撲動態易 變，因此要求傳感器節點能夠隨著環境的變化而適時地調整自身的工作狀態， 系統的工作能適應網絡拓撲的動態變化。

③與應用相關：無線傳感器網絡通過感知客觀世界的物理量來獲取外界的 信息。由于不同應用關心不同的物理量，因而對網絡系統的要求也不同，其硬 件平臺、軟件和通信協議也必然會有很大差異。這就使得無線傳感器網絡不能 同因特網那樣有統一的通信協議平臺，只有針對每一個具體的應用來開展設 計，才能實現高效、可靠的系統目標；

④以數據為中心：在無線傳感器網絡中，通常關心的是某個區域內某個觀 測指標的數值，而不會去具體關心單個節點的具體數據以及提供觀測數據的節 點本身，這就是無線傳感器網絡以數據為中心的特點，它不同于傳統網絡的尋 址過程，能夠快速有效地組織起各個節點的信息并融合提取出有用信息直接傳 送給用戶。這里用戶所關心的是如何獲取事件，而不是提供事件的某個或多個 節點。

⑤可靠性：通過隨機播撒的方式，傳感器節點可以被密集部署于指定的惡 劣環境或無人區域，在無人值守的狀態下工作，這就使得網絡的維護變得十分 困難，甚至不太可能，因此要求傳感器節點非常堅固、不易損壞。從安全性考 慮，要求無線傳感器網絡的設計必須具有很好的魯棒性和容錯性。

⑥節點資源有限：傳感器節點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能 力等都十分有限，因而在實現各種網絡協議和應用系統時，傳感器節點的能力 要受到以下一些限制：

電源能量有限。隨著傳感器節點的微型化，節點的電池容量有限，而且由 于物理限制難以更換節點電池或補充能量，所以傳感器節點的電池能量限制是 整個無線傳感器網絡設計最關鍵的約束之一，它直接決定了網絡的工作壽命。 傳感器節點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 傳感器節點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 的能量大約相當于3000條計算指令所消耗的能量；

計算和存儲能力有限。廉價、微型的傳感器節點帶來了節點處理能力弱、 存儲器容量小的特點，使得其不能進行復雜的計算，而傳統有線和無線網絡上 研究成熟的通信協議和算法，對于無線傳感器網絡而言實現開銷太大，難以使 用，因此必須重新設計簡單、有效的協議和算法。如何利用有限的計算和存儲 資源完成諸多協同任務成為對無線傳感器網絡設計的挑戰。