第5次课WSN通信与组网技术01

《第5次课WSN通信与组网技术01》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5次课WSN通信与组网技术01（27页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第5 5次课次课 WSN WSN通信与组网技术通信与组网技术(1)(1)学习目标学习目标掌握WSN协议结构了解传感器网络物理层的设计了解数据链路层协议了解网络层协议4 4.1.1无线传感器网络协议结构无线传感器网络协议结构4 4.1.1.1.1传统网络协议传统网络协议OSIOSI参考模型参考模型 如图如图4 4-1-1所示所示开放式系统互联网络参考模型开放式系统互联网络参考模型( OSI )( OSI )共有共有7 7个层次个层次, ,从底向上依从底向上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。除次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。除物理层

2、和应用层物理层和应用层外，其余每层都和相邻上下两层进行通信。外，其余每层都和相邻上下两层进行通信。4 4.1.2.1.2无线传感器网络协议的无线传感器网络协议的分层结构分层结构从从无线联网无线联网的角度来看，传感器网络结点的体系由分层的的角度来看，传感器网络结点的体系由分层的网络通信协议网络通信协议、网网络管理平台络管理平台和和应用支撑平台应用支撑平台三个部分组成三个部分组成( (如图如图4 4-2-2所示所示) )。1. 1. 网络通信协议网络通信协议类似于传统类似于传统InternetInternet网络中的网络中的T TCP/IPCP/IP协议体系，它由协议体系，它由物理层物理层、数据链

3、路数据链路层、网络层、传输层层、网络层、传输层和和应用层应用层组成组成( (如图如图3-23-2所示所示););如图如图3-33-3所示。所示。MACMAC层和物理层协议采用的是国际电气电子工程师协会层和物理层协议采用的是国际电气电子工程师协会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers(The Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)IEEE)制定的制定的IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4协议。协议。IEEE 802.15.4IEEE 802

4、.15.4是针对是针对低速无线个域网低速无线个域网(Low-Rate Wireless Personal (Low-Rate Wireless Personal Area NetworkArea Network，LR-WPANLR-WPAN) )制定的标准。制定的标准。该标准把低该标准把低能量消耗能量消耗、低速率传输低速率传输、低成本低成本作为重点目标，旨在为个人作为重点目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。或家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。IEEE IEEE 802.15.4802.15.4的网络特征与无线传感器网络存在很多相似之处，所以的网络特征与无线传

5、感器网络存在很多相似之处，所以许多研究机构把它作为无线传感器网络的无线通信平台。许多研究机构把它作为无线传感器网络的无线通信平台。1. 1. 网络通信协议网络通信协议(1)(1)物理层。物理层。 传感器网络的物理层负责信号的传感器网络的物理层负责信号的调制调制和和数据的收发数据的收发，所采用的传输介质主要有所采用的传输介质主要有无线电、红外线、光波无线电、红外线、光波等。等。(2)(2)数据链路层。数据链路层。 传感器网络的数据链路层负责传感器网络的数据链路层负责数据成帧数据成帧、帧检、帧检测、测、介质访问介质访问和差错控制。介质访问协议保证可靠的和差错控制。介质访问协议保证可靠的点对点点对点

6、和和点点对对多点通信多点通信，差错控制差错控制保证源结点发出的信息可以完整无误地到保证源结点发出的信息可以完整无误地到达目标结点。达目标结点。1. 1. 网络通信协议网络通信协议(3)(3)网络层。网络层。 传感器网络的网络层负责传感器网络的网络层负责路由发现和维护路由发现和维护，通常大多数结，通常大多数结点无法直接与网络通信，需要通过中间结点以多跳路由的方式将数据传点无法直接与网络通信，需要通过中间结点以多跳路由的方式将数据传送至汇聚结点。送至汇聚结点。(4)(4)传输层。传输层。 传感器网络的传输层传感器网络的传输层负责数据流的传输控制，负责数据流的传输控制，主要通过主要通过汇汇聚结点采集

7、传感器网络内的数据聚结点采集传感器网络内的数据，并使用卫星、移动通信网络、因特网，并使用卫星、移动通信网络、因特网或者其他的链路（或者其他的链路（RS232RS232）与外部网络通信，是保证通信服务质量的重要）与外部网络通信，是保证通信服务质量的重要部分。部分。1. 1. 网络通信协议网络通信协议2. 2. 网络管理平台网络管理平台网络管理平台主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管网络管理平台主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理，包括理，包括拓扑控制拓扑控制、服务质量管理服务质量管理、能量管理能量管理、安全管理安全管理、移动管理移动管理、网络管理网络管理等。等。(1

8、)(1)拓扑控制拓扑控制。 一些传感器结点为了节约能量会在某些时刻进入休眠状一些传感器结点为了节约能量会在某些时刻进入休眠状态，这导致网络的态，这导致网络的拓扑结构不断变化，拓扑结构不断变化，而需要通过拓扑控制技术管理各而需要通过拓扑控制技术管理各结点状态的转换，使网络保持畅通，数据能够有效传输。拓扑控制利用结点状态的转换，使网络保持畅通，数据能够有效传输。拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优链路层、路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优化化MACMAC协议和路由协议，降低能耗。协议和路由协议，降低能耗。(2)(2)服务质量管理。服务质量管

9、理。 服务质量管埋服务质量管埋在各协议层设计在各协议层设计队列管理、优先级机队列管理、优先级机制制或者或者带宽预留带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。它是网络等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。它是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质量质量约定。为了满足用户的要求，传感器网络必须能够为用户提供足够的资约定。为了满足用户的要求，传感器网络必须能够为用户提供足够的资源，以用户可接受的性能指标工作。源，以用户可接受的性能指标工作。(3)(3)能量管理。能量管理。 在传感器网络中电源能量是各个结点最宝

10、贵的资源。为在传感器网络中电源能量是各个结点最宝贵的资源。为了使传感器网络的使用时间尽可能长，需要合理、有效地控制结点对能了使传感器网络的使用时间尽可能长，需要合理、有效地控制结点对能量的使用。每个协议层次中都要增加量的使用。每个协议层次中都要增加能量控制能量控制代码，并提供给操作系统代码，并提供给操作系统进行能量分配决策。进行能量分配决策。2. 2. 网络管理平台网络管理平台协议层结构(4)(4)安全管理。安全管理。 由于结点由于结点随机部署随机部署、网络拓扑的动态性网络拓扑的动态性和无线信道的不和无线信道的不稳定，传统的安全机制无法在传感器网络中适用，因而需要设计新型的稳定，传统的安全机制

11、无法在传感器网络中适用，因而需要设计新型的传感器网络安全机制，采用诸如传感器网络安全机制，采用诸如扩频通信、接入认证扩频通信、接入认证/ /鉴权、数字水印和鉴权、数字水印和数据加密等数据加密等技术。技术。(5)(5)移动管理。移动管理。 在某些传感器网络的应用环境中，结点可以移动，在某些传感器网络的应用环境中，结点可以移动，移动移动管理用来管理用来监测和控制监测和控制结点结点的移动，维护到汇聚结点的的移动，维护到汇聚结点的路由路由，还可以使传，还可以使传感器结点跟踪它的邻居。感器结点跟踪它的邻居。2. 2. 网络管理平台网络管理平台(6)(6)网络管理。网络管理。 网络管理是对传感器网络上的网