传感器网络体系结构如图3-13所示，传感器网络系统通常包括传感器节点（sensor node）、汇聚节点（sink node）和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域（sensor field）内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务及收集监测数据。
图3-13 传感器网络体系结构
传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池来供电。从网络功能上看，每个传感器节点兼有传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。目前，传感器节点的软硬件技术是传感器网络研究的重点。
汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感器网络与互联网等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换；同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点，有足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。
传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图3-14所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。
图3-14 传感器节点体系结构
随着传感器网络的深入研究，研究人员提出了多个传感器节点上的协议栈。图3-15所示为早期提出的一个传感器网络协议栈。这个协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。另外，协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。各层协议和平台的功能如下：
1）物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。
2）数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制。(www.xing528.com)
3）网络层主要负责路由生成与路由选择。
4）传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分。
5）应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件。
6）能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，各个协议层都需要考虑节省能量。
7）移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，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。
8）任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。
图3-15b所示的协议栈细化并改进了原始模型。定位和时间同步子层既要依赖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，如基于时分多址的MAC协议、基于地理位置的路由协议等很多传感器网络协议都需要定位和同步信息。所以图3-15b中用倒L形描述这两个功能子层。图3-15b右边所示的诸多机制一部分融入到图3-15a所示的各层协议中，用以优化和管理协议流程；另一部分独立在协议外层，通过各种收集和所示的配置接口对相应机制进行配置和监控。例如，能量管理，图3-15a中的每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系统进行能量分配决策；QoS管理，在各协议层设计队列管理、优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理；拓扑控制，利用物理层、链路层或路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议的协议过程，提高协议效率，减少网络能量消耗；网络管理，则要求协议各层嵌入各种信息接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协议组件的运行。
图3-15 早期提出的一个传感器网络协议栈
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
