無線傳感網(wǎng)絡（WSN）設計經(jīng)典參考實例（一）

一、無線傳感網(wǎng)絡傳輸協(xié)議綜述

　　1、無線傳感網(wǎng)絡協(xié)議棧的構(gòu)成

　　無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、應用層5 部分組成，和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對應。

　　無線傳感網(wǎng)絡協(xié)議棧

　　物理層：數(shù)據(jù)收集、采樣、發(fā)送、接收，以及信號的調(diào)制解調(diào)；

　　數(shù)據(jù)鏈路層：媒體接入控制，網(wǎng)絡節(jié)點間可靠通信鏈路的建立，為鄰居節(jié)點提供可靠的通信通道；

　　網(wǎng)絡層：發(fā)現(xiàn)和維護路由；

　　應用層：提供安全支持，實現(xiàn)密鑰管理和安全組播；

　　傳輸層：為端到端的連接提供可靠的傳輸、流量控制、差錯控制、QoS 等服務，即便是在OSI 模型中也只有該層是負責總體數(shù)據(jù)傳輸和控制的，因此非常重要。

　　2、傳統(tǒng)協(xié)議的不足之處

　　傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡主要使用協(xié)議棧中傳輸層的UDP 和TCP 協(xié)議控制數(shù)據(jù)傳輸。UDP 協(xié)議是面向無連接的傳輸協(xié)議，不提供對數(shù)據(jù)包的流量控制及錯誤恢復；TCP 協(xié)議則提供了可靠的傳輸保證，如利用滑動窗口和AIMD 等機制進行擁塞控制，以及使用重傳進行差錯控制。但TCP 協(xié)議卻不能直接用于WSN，主要原因如下：

　?。?） TCP 協(xié)議遵循端到端（end-to-end）的設計思想，數(shù)據(jù)包的傳輸控制任務被賦予網(wǎng)絡的端節(jié)點上，中間節(jié)點只承擔數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。而WSN 以數(shù)據(jù)為中心，中間節(jié)點可能會對相關數(shù)據(jù)進行在網(wǎng)處理（In-network Processing），即根據(jù)數(shù)據(jù)相關性對多個數(shù)據(jù)包內(nèi)的信息進行綜合處理，得到新的數(shù)據(jù)包發(fā)送給接收端，直接使用TCP 協(xié)議會導致將此視為丟包而引發(fā)重傳。

　?。?） TCP 協(xié)議建立和釋放連接的握手機制相對比較復雜，耗時較長，不利于傳感器節(jié)點及時反饋被監(jiān)測對象的相關信息。WSN 網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化也給TCP 連接狀態(tài)的建立和維護帶來了一定的困難。

　?。?） TCP協(xié)議采用基于數(shù)據(jù)包（packet-based）的可靠性度量，即盡力保證所有發(fā)出的數(shù)據(jù)包都被接收節(jié)點正確收到。在WSN 中，可能會有多個傳感器節(jié)點監(jiān)測同一對象，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)具有很強的冗余性和關聯(lián)性。只要最終獲取的監(jiān)測信息能夠描述對象的真實狀況，具有一定的逼真度（fidelity），并不一定要求數(shù)據(jù)包傳輸?shù)耐耆煽?，這種方式也被稱為基于事件的（event-based）可靠性度量。

　?。?） TCP 協(xié)議中數(shù)據(jù)包重傳通過端節(jié)點之間的ACK 反饋和超時機制來保證。傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包中所含的數(shù)據(jù)量相對較小，大量ACK 包的傳輸會加重傳輸負載和能量消耗。并且，每次ACK 確認和數(shù)據(jù)包重傳都要從發(fā)送端發(fā)出經(jīng)歷多跳傳輸路徑到達目的端，引發(fā)整條路徑上所有節(jié)點的能量消耗。