1.5　无线传感器网络的协议栈

无线传感器网络的网络通信协议分层模型主要是由物理层、数据链路层、网络层、传输层及应用层五层结构组成，无线传感器网络同时还实行跨层管理技术，主要包括能量管理平台、移动管理平台及任务管理平台，如图1-5所示。

图1-5　无线传感器网络的协议栈

各层的功能如下：

①物理层。负责生成载波，并对载波进行调制、解调，同时完成数据的收发。物理层的设计直接影响到电路的复杂度和传输能耗等问题，研究目标是设计低成本、低功耗和体积小、简单但健壮的传感器节点。所采用的传输介质主要有无线电波、红外线和光波等。

②数据链路层。负责把数据流封装成帧、帧检测、介质访问控制和差错控制。其中，介质访问控制方法是研究的重点，以减少无线传感器网络的能量损耗。

③网络层。负责路由的生成、选择和维护，通常大多数的节点无法直接与网关通信，需要通过中间节点以多跳路由的方式将数据传送至网关。其中，路由算法是网络层最核心的内容。

④传输层。负责对数据流进行传输控制，将被测区域内的数据传送给汇聚节点，进而传送给外部网络，是保证通信服务质量的重要部分。

⑤应用层。为基于监测任务的应用软件进程服务。负责任务的调度分配和数据的收发。

在跨层管理技术中，能量管理平台主要负责对能量在各个节点上进行分配，在各个协议层都需要考虑节省能量，目的是为了维持无线传感器网络的长时间运行；移动管理平台主要负责对移动的传感器节点进行检测、注册，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；任务管理平台则主要负责对任务的调度及平衡，实现最优分配和资源的合理利用。

图1-6所示是无线传感器网络的协议栈细化模型。可以看出，在该模型中增加了时间同步和定位功能，它们既要依赖于数据传输通道进行协作定位和时间同步协商，同时又要为网络协议各层提供信息支持。拓扑结构的控制主要集中在数据链路层和网络层，基于服务质量QoS的管理集中在传输层、网络层和数据链路层的协议中。能量、安全和移动管理则跨越了网络中的应用层、传输层、网络层和数据链路层。

图1-6　无线传感器网络的协议栈细化模型