关键字：网络协议，成本低，外围电路少，传感器。

第一阶段传感器网络的三要素是传感器，观察者和感知对象。

传感器由电源，感知部件，嵌入式处理器，存储器，通信部件和软件这几部分构成。

无线传感器网络通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点。

大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，这一过程可以通过飞行器撒播，人工埋置和火箭弹射等方式完成。

撒放后的传感器节点进入到自检启动的唤醒状态，在簇首节点的引领下，建立起路由拓扑，之后传感器节点采集并记录周围感兴趣的环境信息，沿着之前建立好的路由拓扑路径逐跳进行传输，在传输过程中数据可能被多个节点处理，经过单跳或者路由多跳后传输到汇聚节点，汇聚节点通过串口将数据传送到网关节点进行集中处理。

在本课题中网关节点用PC充当，网关节点再连接到基于IPv6的cernet2主干网上，监控中心从cernet2上获取数据，并完成对数据的融合，展示，预测，以及决策，从而对整个网络进行协调和控制。

无线传感器网络具有以下特点：（1）网络规模大。

（2）网络的自组织能力（要求传感器节点具有自组织的能力，并且能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统）（3）无线传感器网络节点的通信能力有限（无线传感器网络中传感器节点的传输率低，一般只有200kbps左右，通信距离短）（4）无线传感器网络节点的电源能量有限（5）无线传感器网络存储和计算能力有限（无线传感器网络中的传感器节点是一种微型嵌入式设备）（6）无线传感器网络以数据为中心一个基于ZigBee技术的无线传感器网络平台研究了无线传感器网络中控制信息及传感器数据的获取，描述，解析，存储和传输。

采用了新兴的ZigBee技术，为解决WSNs中的核心问题—能量限制建立了基础。

设计和实现了低成本的两层板的工作频率为2.4GHZ的无线数据传输模块。

(4)建立了一个分知式的远程无线监测及控制的平台。

在该平台上实现了ZigBee协议，组建了一个具有路由节点的无线网络。

为进～步的无线传感器的实际应用打下了基础。

立意的意义目前，无线传感器终端的希望和要求主要集中在尽量节省的系统能量消耗、尽量节省的信息处理以及简易的信号收发。

对于无线传感器网络中的网络协议的期待是：用简洁的协议栈支持传感器网络的有效运行，到处存在接入可能；利用广播信息，避免交互应答：简化的协议层次、简练的信令方式；节省的系开销等。

正是基于无线传感器网络终端的要求，ZigBee协议应运而生。

ZigBee协议是专用于无线传感器网络的通信协议，能最大可能的节省网络中能量，可随时接入大量节点，高容错性，强鲁棒性，逐渐成为了无线传感器网络的首选络协议。

到目前为止无线传感器网络的发展己经经历了三个阶段{25]：(1) 点对点。

只是简单取代了有线网络，各个设备之间只是直接联系，只有有限通信能力。

(2) 点对多点。

传感器网络中有一个路由和控制的中央节点，所有数据流动必须通过基站。

(3) 多跳／网状结构。

完全的RF冗余，具有多数据通道，自我建构，自我调整，智能分布式。

ZigBee是一种专门为低速率传感器网络而设计的低成本、低功耗的短距离无线通信新技术。

具有高效节能优势的ZigBee无线传感器网络在工业控制、智能家居等领域有着非常广阔的应用前景。

本课题围绕着ZigBee协议展开，进行了深入的理论研究和仿真分析，并提出了一种基于路由开销控制的ZigBee路由协议改进算法，以实现提高ZigBee网络性能的目的。

首先，本课题在介绍了ZigBee无线传感器网络的技术特点及发展状况的前提下，简要介绍IEEE 802．15．4／ZigBee 协议物理层、MAC层标准，以及网络层的设备划分与网络拓扑。

其次，重点介绍了ZigBee网络的组网过程以及路由过程，并搭建基于NS2软件的Zigaee仿真平台，对Zigaee组网过程和路由过程进行了网络仿真。

在与另一种典型的自组织路由协议DSDV进行的对比测试中，按需驱动的zigBee路由协议表现出了更小的路由开销。

最后，课题提出了一种提出了基于Zigaee路由请求分组广播范围自适应调整的优化算法，通过ZigBee网络拓扑特点与地址分配机制减小了路由请求分组的广播半径。

仿真结果表明，改进的路由协议能够限制网络内的冗余的路由请求分组，减少节点的路由开销，提高了网络性能。

与现有的各种无线通信技术相比，ZigBee技术非常适合于复杂环境的工业控制，承载数据流较小，且不需要实时传输或连续更新的场所。

zigBee技术的主要技术特点包括以下几点：1)低功耗。

由于收发信息功率较低，且采取空闲时休眠的技术，使得ZigBee网络保持着极低的功率消耗。

2)可靠性强。

采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。

3)时延短。

针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。

网络容量大。

ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点：同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

安全性高。

提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES．128。

确保了数据传输过程中的高度保密。

6)低速率。

ZigB∞工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求。

第二阶段1网络协议遍及OSI通信模型的各个层次，从我们非常熟悉的TCP/IP、HTTP、FTP协议，到OSPF、IGP等协议，有上千种之多。

对于普通用户而言，不需要关心太多的底层通信协议，只需要了解其通信原理即可。

在实际管理中，底层通信协议一般会自动工作，不需要人工干预。

但是对于第三层以上的协议，就经常需要人工干预了，比如TCP/IP协议就需要人工配置它才能正常工作。

2当今局域网中最常见的三个协议是MICROSOFT的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和交叉平台TCP/IP。

一：NETBEUINETBEUI是为IBM开发的非路由协议，用于携带NETBIOS通信。

NETBEUI缺乏路由和网络层寻址功能，既是其最大的优点，也是其最大的缺点。

因为它不需要附加的网络地址和网络层头尾，所以很快并很有效且适用于只有单个网络或整个环境都桥接起来的小工作组环境。

因为不支持路由，所以NETBEUI永远不会成为企业网络的主要协议。

NETBEUI帧中唯一的地址是数据链路层媒体访问控制（MAC）地址，该地址标识了网卡但没有标识网络。

路由器靠网络地址将帧转发到最终目的地，而NETBEUI帧完全缺乏该信息。

网桥负责按照数据链路层地址在网络之间转发通信，但是有很多缺点。

因为所有的广播通信都必须转发到每个网络中，所以网桥的扩展性不好。

NETBEUI特别包括了广播通信的记数并依赖它解决命名冲突。

一般而言，桥接NETBEUI网络很少超过100台主机。

近年来依赖于第二层交换器的网络变得更为普遍。

完全的转换环境降低了网络的利用率，尽管广播仍然转发到网络中的每台主机。

事实上，联合使用100-BASE-T Ethernet,允许转换NetBIOS网络扩展到350台主机，才能避免广播通信成为严重的问题。

二：IPX/SPXIPX是NOVELL用于NETWARE客户端/服务器的协议群组，避免了NETBEUI的弱点。

但是，带来了新的不同弱点。

IPX具有完全的路由能力，可用于大型企业网。

它包括32位网络地址，在单个环境中允许有许多路由网络。

IPX的可扩展性受到其高层广播通信和高开销的限制。

服务广告协议（Service Advertising Protocol,SAP)将路由网络中的主机数限制为几千。

尽管SAP的局限性已经被智能路由器和服务器配置所克服，但是，大规模IPX网络的管理员仍是非常困难的工作。

三：TCP/IP每种网络协议都有自己的优点，但是只有TCP/IP允许与Internet完全的连接。

TCP/IP是在60年代由麻省理工学院和一些商业组织为美国国防部开发的，即便遭到核攻击而破坏了大部分网络，TCP/IP仍然能够维持有效的通信。

ARPANET就是由基于协议开发的，并发展成为作为科学家和工程师交流媒体的Internet。

TCP/IP同时具备了可扩展性和可靠性的需求。

不幸的是牺牲了速度和效率（可是：TCP/IP的开发受到了政府的资助）。

Internet公用化以后，人们开始发现全球网的强大功能。

Internet的普遍性是TCP/IP至今仍然使用的原因。

常常在没有意识到的情况下，用户就在自己的PC上安装了TCP/IP栈，从而使该网络协议在全球应用最广。

TCP/IP的32位寻址功能方案不足以支持即将加入Internet的主机和网络数。

因而可能代替当前实现的标准是IPv6。

传感器网络的每个节点除配备了一个或多个传感器之外，还装备了一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源（通常为电池）。

传感器网络主要包括三个方面：感应、通讯、计算（硬件、软件、算法）。

其中的关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其它传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议。

例如摩托罗拉使用在家庭控制系统中的ZigBee无线协议。

传感网络的节点间距离很短，一般采用多跳（multi-hop）的无线通信方式进行通信。

传感器网络可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到Internet，使用户可以远程访问。

传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：传感单元（由传感器和模数转换功能模块组成）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成）、以及电源部分。

此外，可以选择的其它功能单元包括：定位系统、运动系统以及发电装置等。

在传感器网络中，节点通过各种方式大量部署在被感知对象内部或者附近。

这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析。

一个典型的传感器网络的结构包括分布式传感器节点（群）、sink节点、互联网和用户界面等.传感节点之间可以相互通信，自己组织成网并通过多跳的方式连接至Sink（基站节点），Sink节点收到数据后，通过网关（Gateway）完成和公用Internet网络的连接。

整个系统通过任务管理器来管理和控制这个系统。

传感器网络的特性使得其有着非常广泛的应用前景，其无处不在的特点使其在不远的未来成为我们生活中不可缺少的一部分。