基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的研究

摘要：針對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及新型的協(xié)議規(guī)范ZigBee協(xié)議在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用，以分析研究基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)機(jī)制為目的。通過對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及ZigBee協(xié)議的組成、通信特點(diǎn)的研究，以及結(jié)合傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的QoS評(píng)價(jià)機(jī)制，最終總結(jié)得到可以從5個(gè)方面來評(píng)價(jià)ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)；服務(wù)質(zhì)量(QoS)；ZigBee協(xié)議；評(píng)價(jià)機(jī)制

隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，它們之間互相融合且日益成熟，人們研制出了各種具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器。由許多微型傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)引起了人們的極大關(guān)注。WSN綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、分布式信息處理和通信等多種技術(shù)，以自組多跳的無線網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和處理各種環(huán)境或?qū)ο蟮男畔ⅲ?duì)這些信息進(jìn)行處理或控制，傳送給需要這些信息的用戶。在國(guó)防軍事、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域WSN都有具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)快速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，其標(biāo)準(zhǔn)林立這不利于各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)的管理。近幾年，有一項(xiàng)協(xié)議規(guī)范在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用廣泛，它就是ZigBee協(xié)議。ZigBee是一種新興的近距離、低數(shù)據(jù)速率、低功耗、低復(fù)雜度、低成本的自組網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。與其它的幾種無線通信技術(shù)如藍(lán)牙、Wi—Fi、UWB、GPRS、CDMA相比，ZigBee的省電、可靠、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大，低復(fù)雜性，自組網(wǎng)等特點(diǎn)更適合予無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee雖然作為一種新興技術(shù)，但由于其自身的諸多優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注并有著極為廣闊的應(yīng)用前景。
目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作主要集中在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信協(xié)議方面，而服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)是WSN是否實(shí)用和可用性的關(guān)鍵，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS管理的理論和技術(shù)是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念及特點(diǎn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的無線自組織網(wǎng)絡(luò)，由大量無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式組成網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。圖1給出了一個(gè)典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

匯聚節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的中心，具有協(xié)調(diào)和網(wǎng)關(guān)的作用，負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)控區(qū)域中的傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、管理和數(shù)據(jù)的匯聚；同時(shí)匯聚節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)網(wǎng)關(guān)，利用它可通過廣域網(wǎng)(如Internet網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))將數(shù)據(jù)送至任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)即用戶處進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和處理。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)傳感器節(jié)點(diǎn)要求體積小，功耗低，成本低。這是由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大且分布密度也很大所決定的；2)節(jié)點(diǎn)資源高度受限。由于受成本和物理環(huán)境的限制，節(jié)點(diǎn)的處理能力和存儲(chǔ)空間都有限，且節(jié)點(diǎn)一般由電池驅(qū)動(dòng)能量也有限；3)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)本身作為查詢或傳輸線索；4)是一個(gè)具有自組網(wǎng)能力的動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)：由于在使用過程中，節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)會(huì)因需要或故障隨時(shí)加入和退出網(wǎng)絡(luò)中，而且節(jié)點(diǎn)也會(huì)移動(dòng)，加之無線通信信道的不穩(wěn)定性，從而使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)隨之動(dòng)態(tài)變化。因此要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要能夠適應(yīng)這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，具有自組網(wǎng)、智能化和協(xié)同感知等功能。5)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性。