WSN中间件类型及其他针对WSN特点的设计

无线传感器网络不同于传统网络，其具有自己独有的特征，如有限的能量、通信带宽、处理和存储能力、动态变化的拓扑、节点异构等。在这种动态、复杂的分布式环境上构建应用程序并非易事。相比RFID和OPC中间件产品的成熟度和业界的广泛应用程度，WSN的中间件还处于初级研究阶段，其所需解决的问题也更为复杂。

WSN中间件主要用于支持无线传感器应用的开发、维护、部署和执行，其中包括复杂高级感知任务的描述机制，传感器网络通信机制，传感器节点之间的协调以便在各传感器节点上分配和调度某任务，对合并的传感器感知数据进行数据融合以得到高级结果，并将所得结果向该任务指派者进行汇报等机制。

针对上述目标，目前的WSN中间件研究提出了诸如分布式数据库、虚拟共享元组空间、事件驱动、服务发现与调用、移动代理等许多不同的设计方法。

1.分布式数据库

基于分布式数据库设计的WSN中间件把整个WSN网络看成一个分布式数据库，用户使用类SQL的查询命令以获取所需的数据。查询通过网络分发到各个节点，节点判定感知数据是否满足查询条件，决定数据的发送与否。典型实现如Cougar，TinyDB，SINA等。分布式数据库方法把整个网络抽象为一个虚拟实体，屏蔽了系统分布式问题，使开发人员摆脱了对底层问题的关注和烦琐的单节点开发。然而建立和维护一个全局节点和网络抽象需要整个网络信息，这也限制了此类系统的发展。

2.虚拟共享元组空间

所谓虚拟共享元组空间就是分布式应用利用一个共享存储模型，通过对元组的读、写和移动以实现协同。在虚拟共享元组空间中，数据被表示为称为元组的基本数据结构，所有的数据操作与查询看上去像是本地查询和操作一样。虚拟共享元组空间通信范式在时空上都是去耦的，不需要节点的位置或标志信息，非常适合具有移动特性的WSN，且具有很好的扩展性能，但它的实现对系统资源要求也相对较高。与分布式数据库类似，考虑到资源和移动性等的约束，把传感器网络中所有连接的传感器节点映射为一个分布式共享元组空间并非易事。典型实现包括TinyLime、Agilla等。

3.事件驱动(www.xing528.com)

基于事件驱动的WSN中间件支持应用程序指定感兴趣的某种特定的状态变化。当传感器节点检测到相应事件的发生就立即向相应程序发送通知。应用程序也可指定一个复合事件，只有发生的事件匹配了此复合事件模式才通知应用程序。这种基于事件通知的通信模式，通常采用Pub/Sub机制，可提供异步的、多对多的通信模型，非常适合大规模的WSN应用，典型实现包括DSWare、Mires、Impala等。尽管基于事件的范式具有许多优点，然而在约束环境下的事件检测及复合事件检测对于WSN仍面临许多挑战，事件检测的时效性、可靠性及移动性支持等都需进一步的研究。

4.服务发现

基于服务发现机制的WSN中间件，可使得上层应用通过使用服务发现协议来定位可满足物联网应用数据需求的传感器节点。例如，MILAN中间件可由应用根据自身的传感器数据类型需求，设定传感器数据类型、状态、QoS以及数据子集等信息描述，通过服务发现中间件在传感器网络中的任意传感器节点上进行匹配，寻找满足上层应用的传感器数据。MILAN甚至可为上层应用提供虚拟传感器功能，例如通过对两个或多个传感器数据进行融合，以提高传感器数据质量等。由于MILAN采用传统的SDP，SLP等服务发现协议，这对资源受限的WSN网络类型来说具有一定的阻滞性。

5.移动代理

移动代理（或移动代码）可被动态注入并运行在传感器网络中。这些可移动代码可以收集本地的传感器数据，然后自动迁移或将自身拷贝至其他传感器节点上运行，并能够与其他远程移动代理（包括自身拷贝）进行通信。SensorWare是此类中间件的典型，基于TCL动态过程调用脚本语言实现。

除上述提到的WSN中间件类型外，仍有许多针对WSN特点而设计的其他方法。另外，在无线传感器网络环境中，WSN中间件和传感器节点硬件平台（如ARM、Atmel等）、适用操作系统（TinyOS、ucLinux、Contiki OS、Mantis OS、SOS、MagnetOS、SenOS、PEEROS、AmbitentRT，Bertha等）、无线网络协议栈（包括链路、路由、转发、节能）、节点资源管理（时间同步、定位、电源消耗）等功能联系。