物联网与泛在智能(4)

3.1平面传感网络架构

平面无线传感网络体系结构是由散布在一定地理区域的大量静态节点组成。感知数据由源节点以自组织方式经过多跳传递到远端Sink节点。通常情况下，这些节点具备类似的能量、储存、计算和传输能力，即节点是同构的。其数据流向多表现为“多对一”的特征，Sink的邻居节点将充当大数据量的转发节点功能。因此，随着网络规模的扩大，将不可避免地在Sink邻居节点处形成瓶颈节点，导致网络性能下降，甚至直接导致网络瘫痪。

此外，数据在多跳网络中传输丢失的机率随网络规模的扩大而增加，转发数据节点数量也随网络规模增大而增多，相应的能量消耗加剧，由此导致网络性能随网络规模的扩张而降低。

3.2 双层传感网络架构

为解决平面结构Sink邻居节点成为网络瓶颈的问题，典型的双层传感网络结构将选取一定数量的节点作为固定接入点，如图1（a）所示，并将这些固定接入点稀疏散布在网络中，形成上层覆盖网络以汇聚转发其临近区域的节点信息。这在一定毛程度上均衡了网络能量消耗，并提高了网络性能。但类似地，固定接入点附近仍会形成高能耗、大传输量的瓶颈区域。

与此同时，终端技术的发展也呈现出明显的多样化、智能化、多模化的趋势。各种便携式的消费类电子产品，如手机、笔记本电脑、PDA等不仅具有强大的计算、通信能力及移动性，而且将取代传统无线传感器网络中的固定Sink，从而形成具有移动Sink的新型传感网体系架构。如图1（b）所示，移动Sink在网络内随机运动，获取临近区域节点信息，并将数据转发至接入点。进一步地，移动Sink之间可协同形成上层自组织网络，如图1（c）所示。移动Sink之间的协同工作能够更显著提高无线传感器网络的性能：将复杂的数据处理、接入处理、数据转发传输、路由维护等工作交由移动终端来完成，可以尽可能地降低由于多跳无线传输造成的数据错误（或丢包），还可以利用移动终端相对较强的计算能力减轻无线传感器网络的网内信息处理量。

双层体系结构突破了传统平面结构中多个节点向一个固定Sink传输数据的模式，有效地增大了系统生命期，均衡了网络能量消耗，提高了数据传输效率并获得了更好的网络覆盖性。但双层网络结构优化仍局限于传感网本身，而未考虑异构网络环境中与其他网络融合的问题。

3.3 三层传感网络架构

当前，无线技术共同为用户提供了泛在、异构的网络环境。这些异构无线网络分别具有不同的背景、目标、发展方向、系统结构、覆盖范围、通信协议、链路特性、应用场景和业务提供能力。在此背景下，三层传感网结构（如图2所示）充分融合了有基础设施的蜂窝网及无基础设施的传感网的互补特性，更有效地解决了由固定数据接入点导致的网络性能恶化等问题，并更适合应用在未来泛在、异构、协同的网络环境中。

具体地说，有基础设施的蜂窝网具有强大的业务平台、完善的运营模式和管理体系，但由于采用相对集中的控制和管理体系而缺乏灵活性；传感网因其自组织性而具有显著的灵活性，但传输距离短，缺乏完善的运营模式和管理体系。两者有机融合使得区域部署的无线传感器网络能借助移动广域网的覆盖获得信息，并更广范围地传递和交互。而移动广域网利用无线传感器网采集到的丰富信息资源得到业务能力的拓展。从而在机器之间、机与人之间，人与现实环境之间实现高效的信息交互方式，从信息采集、传输、处理、反应的整体上优化信息流通模式，建立起人与其周边更加和谐的联系。

无线传感器网络与移动通信网络融合也带来技术上的挑战。非IP和IP相融合的网络与业务应充分利用并扩展无基础设施网络的多跳和自组织特性，实现与有基础设施网络的结合。需重点研究泛在异构网结构的层次与平面的划分、定义与功能抽象等，围绕未来网络通信需求，结合自治计算、自治通信、认知网络、泛在计算等研究领域的最新技术，提出适应未来网络/业务需求的新型通信网络体系结构模型，解决泛在移动环境下的互联网服务质量和新业务的多样性需求等问题。此外，应充分利用终端技术的多样化、智能化、多模化能力，研究传感器网络和移动通信网融合的自组织协同技术，在通信的末梢区域内实现各种终端能力、通信方式和接入手段的有机结合。(责任编辑：admin)