基于分簇的无线传感器网络中间件研究

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无线传感器网络(WSN)已应用于多种领域,例如:环境检测、对象追踪、精确农业、建筑物监测和军事系统等,已有大量的研究工作集中于开发适用WSN的网络协议,尽管这些协议有效延长了网络的生存时间,但是对于应用开发者来说,目前即使开发一个简单的WSN应用系统,仍是一项困难且容易出错的工作,主要原因在于应用和协议的开发紧密耦合在一起,甚至组合在一个集成的过程。为了有效利用这些协议,隐藏通信协议的细节,为应用开发者提供可复用的组件,开发一个具有适当抽象层次的中间件系统很有必要。本文提出一种基于分簇的无线传感器网络中间件TinyWare,TinyWare基于TinyOS组件模型,采用发布/订阅通信模型并与分簇机制相结合,能够适合WSN信息传送的要求。TinyWare包括信息提供者和订阅者,信息提供者向一或多个订阅者以消息的形式发布信息,信息可以与数据主题相联系,再通过TinyWare的发布/订阅服务进行路由选择。TinyWare封装了网络层协议(路由和拓扑控制协议),支持多种系统标准服务的交互和重配置,并为应用层提供高层API。本文采用框图描述了TinyWare的体系结构细节,并以组件图描述了系统的组件模型,用状态转换图描述了簇内节点的状态变化,以序列图的形式,通过设计系统运行时运行时的四个阶段(网络初始化,主题发布,用户订阅和数据传输)详细描述了实现细节,为了验证这一中间件,本文实现了一个环境监测应用实例本文主要的贡献是提出一种适用于WSN的中间件系统TinyWare。它采用发布/订阅异步通信模型,比传统请求/响应更适应于WSN应用事件驱动的本质,TinyWare以分簇协议为基础,更便于管理网络资源,提高系统的自适应能力,鲁棒性和可伸缩性。系统还提供了稳定的API接口,大大方便了应用开发。
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