无线传感器网络论文

无线传感器网络WSN与IP网络互联的研究

近年来，随着无线通信、网络技术、计算机技术、嵌入式技术以及微电子技术等高新技术的迅猛发展以及越发成熟，无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）已经渐渐成为人们研究的热点之一。当今人们的生产生活中，无线传感器网络（WSN）在现在有着广泛的应用，在将来更有着广阔的应用前景，不仅在民用上，无线传感器网络在军事同样起着不可替代的作用。在工业生产中，常常需要对某个区域进行一定的检测，采集数据加以分析以便实施有效的生产管理。在军事上，无线传感器网络则用得更广泛，无论是在战场上还是在演习场上，指挥官们都要努力的去感应战场的实时态势，以便使人力物力的调动在战场上达到最佳效果。所以，研究无线传感器网络具有十分重要的实际意义。

无线传感器网络的特点

与一般的通信网络相比，无线传感器网络有着其特殊性，这些特殊性主要体现在：第一、节点分布区域的广泛性，无论是在工业生产生活中，还是军事领域中，在一定的时间内，都需要对所要监测的目标区域进行布网，而所要布网的范围在地理上，可以是一小块的地方，也可以是较大的区域甚至是一个城市或者更大；第二、节点分布的随机性，正是由于第一点所说的分布区域的广泛性，这就导致布网的区域性，也就是说，在一定的区域内布网，但具体的节点的位置等有的时候实际中难以确定，只能了解其大致的范围；第三、节点本身的局限性，实际中的节点往往是若干传感器以及处理器组成，其对能源的需

求的特殊性决定了节点的使用寿命与其自身携带的能源的持久性密切相关，这就对节点的功耗提出了更高的要求；第四、网络的应用相关性，无线传感器网络的布网常常是为了达到某些应用的目的，如远程监控与实时管理等，这就需要计算机主机对通过一定的方式连入整个网络。正是基于上述的特殊性，所以，无线传感器网络才被应用得越来越广泛，对其的研究也日渐成为焦点。

IP网络技术简介

在计算机网络中，应用最为广泛的TCP/IP协议使得Internet已逐步发展成为当今世界上规模最大、拥有用户和资源最多的一个超大型计算机网络，TCP/IP协议也因此成为事实上的工业标准。IP网络正逐步成为当代乃至未来计算机网络的主流。IP网络是由通过路由设备互连起来的IP子网构成的，这些路由设备负责在IP子网间寻找路由，并将IP分组转发到下一个IP子网。而IP地址是IP网络中数据传输的依据，它标识了IP网络中的一个连接，一台主机可以有多个IP地址。IP分组中的IP地址在网络传输中是保持不变的。IP协议是根据路由来转发数据的。路由协议常有路由选择协议和路由传输协议，路由选择协议(Routing Protocol)这类协议使用一定的路由算法找出到达目的主机或网络的最佳路径，如RIP(路由信息协议)等。路由传送协议(Routed Protocol)这类协议沿已选好的路径传送数据报，如通过IP协议能将物理连接转变成网络连接，实现网络层的主要功能——路由选择。IP网络已经逐渐成为现代网络的标准，用IP协议组建网络时，必须使用路由设备将各个IP子网互连起来，并且在IP子网间使用路

由机制，通过IP网关互连形成层次性的网际网。无线传感器网络与相应的计算机相连接，并通过计算机连入Internet，则必须遵循计算机网络中的一些规程协议，如TCP/IP协议，但与此同时，由于无线传感器网络的特殊性，在地址分配上又有所不同。

WSN中的地址分配

为了便于管理，我们必须为WSN中的节点配置一定的地址，这样，当监测数据反馈到网外的最终用户的时候，用户才能够更方便的获取信息源节点的信息，便于用户进行管理和维护。然而，由于WSN自身的特点和要求，在分配地址的时候，如果采用与计算机主机相同的地址范围，就容易造成地址冲突，并给计算机地址的配置造成一定麻烦。因此，我们就需要为WSN重新定义新的地址空间。传统的IP 网络中，IPv4和IPv6都提供了自动配置地址的协议，IPv4所提供的自动配置地址协议DHCP协议允许主机向客户终端动态分配地址和配置信息，而IPv6提供全状态地址自动配置与无状态地址自动配置两种方式。在WSN中，根据WSN自身的特点以及规模，我们可以选择人工配置与自动配置两种方式来配置网络地址。当网络中的节点数较少时，可以采用人工配置的方式，便于管理，当网络中的节点的数量庞大时，再加之节点分布的随机性，此时采取人工配置显然是不现实的，此时，就需要相应的网络协议来对地址进行自动配置。并且，由于节点自身的局限性，限制了给节点补充能源的可能性，所以，在进行地址分配的时候，就不得不考虑总体的功耗。基于此，WSN的地址有着其自身独特的特点，即唯一性、简单性、稳定性、分布性以及

扩展与兼容性。由于在WSN 中各个节点一般采用无线电、红外等方式进行通信，并且由于其能量的有限性，导致了其信号的传输只能在有限的范围内进行。此外，由于有的待监测区域的广泛性以及节点数量的庞大，导致不可能每个节点都能直接与基站或者网关进行通信，因此，采用多跳网络与分层网络便成了一种更加有效的方式，其中分层网络中包含路由结构的分级以及地址分配的分级。

WSN 与Internet 网络的互联

一般来说，接入Internet 网络有多种方式，包括电话拨号接入、非对称数字用户线路（ADSL ）接入、综合服务数字网（Integrated Services Digital Network, ISDN ）接入以及以太网接入，其中，以太网接入方式作为廉价的、高效的Internet 接入方式被普遍采用。无线传感器网络结构如图：

分布在待监测区域内的各个传感器节点以自组织的方式组成一个网络，节点采集到数据之后，以多跳中继的方式将数据传回sink 网关Sink 网关节点 互联网及移动通信网络

远程监控中心 普通传感器节点 监测区域

节点，再由sink网关节点将收集到的数据通过互联网及移动通信网络传输到远程监控中心也就是主机上进行数据处理和分析，在整个过程中，传感器节点既充当感知节点，同时又充当着转发数据的路由器，因此，整个WSN网络以数据为中心，而节点的融合则相当于数据库。若要将这个WSN网络连入Internet互联网，则需要在节点中嵌入TCP/IP协议，这样以后，节点便可直接向互联网传输数据。

基于TCP/IPv6的WSN与Internet的互联

IPv6协议作为下一代互联网的核心协议，其在寻址能力、地址自动配置、安全性以及移动性方面有着无可比拟的优势。若将TCP/IPv6协议栈用于WSN中可实现WSN与任何IPv6网络的互联。IPV6协议合并了IPv4中ICMP(控制报文协议)，I- GMP(组成员协议)、ARP(地址解析协议)等多个协议的功能，实现差错控制，地址解释等功能，并支持Mobile IPv6。ICMPV6报文封装在IP报文中，是IP报文的有效载荷数据，它通过它的各种错误报文和信息报文的交换来实现差错控制，地址解释和路由前缀信息获取等功能。邻居发现协议是IPv6协议栈中的核心协议，是IPV6解决邻节点交互的一个重要协议。它定义了下列问题的解决机制：路由发现、前缀发现、参数发现、地址自动配置、地址解释、下一跳决定、邻居不可达、重复地址检测以及重定向。邻居发现协议的这些功能是通过5个ICMP报文（邻居请求报文、邻居通告报文、路由器请求报文、路由器通告报文和重定向报文）的交换来实现的。在WSN无线传感器网络与Internet网络互连时，由于Internet还是基于IPv4的TCP/IP协议，因此，在进行了地