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无线传感网络WSN设计经典参考实例一

发布时间:2020-06-30 21:27:11 阅读: 来源:镀锌管厂家

一、无线传感网络传输协议综述

1、无线传感网络协议栈的构成

无线传感器网络协议栈由物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层5 部分组成,和互联网协议栈的五层协议相对应。

无线传感网络协议栈

物理层:数据收集、采样、发送、接收,以及信号的调制解调;

数据链路层:媒体接入控制,网络节点间可靠通信链路的建立,为邻居节点提供可靠的通信通道;

网络层:发现和维护路由;

应用层:提供安全支持,实现密钥管理和安全组播;

传输层:为端到端的连接提供可靠的传输、流量控制、差错控制、QoS 等服务,即便是在OSI 模型中也只有该层是负责总体数据传输和控制的,因此非常重要。

2、传统协议的不足之处

传统IP 网络主要使用协议栈中传输层的UDP 和TCP 协议控制数据传输。UDP 协议是面向无连接的传输协议,不提供对数据包的流量控制及错误恢复;TCP 协议则提供了可靠的传输保证,如利用滑动窗口和AIMD 等机制进行拥塞控制,以及使用重传进行差错控制。但TCP 协议却不能直接用于WSN,主要原因如下:

(1) TCP 协议遵循端到端(end-to-end)的设计思想,数据包的传输控制任务被赋予网络的端节点上,中间节点只承担数据包的转发。而WSN 以数据为中心,中间节点可能会对相关数据进行在网处理(In-network Processing),即根据数据相关性对多个数据包内的信息进行综合处理,得到新的数据包发送给接收端,直接使用TCP 协议会导致将此视为丢包而引发重传。

(2) TCP 协议建立和释放连接的握手机制相对比较复杂,耗时较长,不利于传感器节点及时反馈被监测对象的相关信息。WSN 网络拓扑的动态变化也给TCP 连接状态的建立和维护带来了一定的困难。

(3) TCP协议采用基于数据包(packet-based)的可靠性度量,即尽力保证所有发出的数据包都被接收节点正确收到。在WSN 中,可能会有多个传感器节点监测同一对象,使得监测数据具有很强的冗余性和关联性。只要最终获取的监测信息能够描述对象的真实状况,具有一定的逼真度(fidelity),并不一定要求数据包传输的完全可靠,这种方式也被称为基于事件的(event-based)可靠性度量。

(4) TCP 协议中数据包重传通过端节点之间的ACK 反馈和超时机制来保证。传感器网络数据包中所含的数据量相对较小,大量ACK 包的传输会加重传输负载和能量消耗。并且,每次ACK 确认和数据包重传都要从发送端发出经历多跳传输路径到达目的端,引发整条路径上所有节点的能量消耗。

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