基于ZigBee协议的无线传感器网络服务质量的研究

摘要：针对于无线传感器网络的发展，以及新型的协议规范ZigBee协议在无线传感器网络中广泛应用，以分析研究基于ZigBee协议的无线传感器网络的服务质量的评价机制为目的。通过对无线传感器网络及ZigBee协议的组成、通信特点的研究，以及结合传统网络的QoS评价机制，最终总结得到可以从5个方面来评价ZigBee协议的无线传感器网络的服务质量。
关键词：无线传感器网络(WSN)；服务质量(QoS)；ZigBee协议；评价机制

随着传感器技术、通信技术和嵌入式计算技术的飞速发展，它们之间互相融合且日益成熟，人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由许多微型传感器构成的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)引起了人们的极大关注。WSN综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和通信等多种技术，以自组多跳的无线网络方式实时监测、采集和处理各种环境或对象的信息，并对这些信息进行处理或控制，传送给需要这些信息的用户。在国防军事、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、危险区域远程控制等许多重要领域WSN都有具有十分广阔的应用前景。
无线传感器网络作为一个快速发展的技术领域，其标准林立这不利于各网络节点的互联及网络的管理。近几年，有一项协议规范在无线传感器网络中的应用广泛，它就是ZigBee协议。ZigBee是一种新兴的近距离、低数据速率、低功耗、低复杂度、低成本的自组网无线网络技术。与其它的几种无线通信技术如蓝牙、Wi—Fi、UWB、GPRS、CDMA相比，ZigBee的省电、可靠、成本低、网络容量大，低复杂性，自组网等特点更适合予无线传感器网络。ZigBee虽然作为一种新兴技术，但由于其自身的诸多优点而广受关注并有着极为广阔的应用前景。
目前无线传感器网络的研究工作主要集中在网络技术和通信协议方面，而服务质量(Quality of Service，QoS)是WSN是否实用和可用性的关键，所以无线传感器网络QoS管理的理论和技术是一个重要的研究领域。

1 无线传感器网络概念及特点
无线传感器网络是一种新兴的无线自组织网络，由大量无线传感器节点通过自组织的方式组成网络。无线传感网络是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。图1给出了一个典型的无线传感器网络结构。

汇聚节点是网络的中心，具有协调和网关的作用，负责对监控区域中的传感器网络进行网络配置、管理和数据的汇聚；同时汇聚节点也是一个网关，利用它可通过广域网(如Internet网络或卫星网络)将数据送至任务管理节点即用户处进行统计分析和处理。
无线传感器网络有以下几个特点：1)传感器节点要求体积小，功耗低，成本低。这是由于传感器网络中节点数量庞大且分布密度也很大所决定的；2)节点资源高度受限。由于受成本和物理环境的限制，节点的处理能力和存储空间都有限，且节点一般由电池驱动能量也有限；3)以数据为中心的网络。因为传感器网络是以数据本身作为查询或传输线索；4)是一个具有自组网能力的动态性网络：由于在使用过程中，节点的个数会因需要或故障随时加入和退出网络中，而且节点也会移动，加之无线通信信道的不稳定性，从而使网络的拓扑结构会随之动态变化。因此要求无线传感器网络要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化，具有自组网、智能化和协同感知等功能。5)无线传感器网络的安全性。