探究無線傳感器網(wǎng)絡的管理技術

張曉曉　馬俊峰

【摘 要】我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，信息技術水平不斷提高，無線傳感器網(wǎng)絡技術也取得了重大的突破。值得注意的是，我國對無線傳感器網(wǎng)絡的管理水平還有待加強，在一定程度上阻礙了無線傳感器網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，對此相關的技術人員應該探討科學的管理技術，提高管理水平。本文將具體探討無線傳感器網(wǎng)絡的管理技術，希望能為相關人士提供一些參考。

【關鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡；管理技術

0 引言

自20世紀70年代開始，人們就開始了對無線傳感器網(wǎng)絡的研究。人們首先把無線傳感器應用在軍事領域，并收獲了良好的應用效果，于是國內(nèi)外的學者加快了對無線傳感器的研究步伐，將其應用在社會上的各個領域之中。我國引入無線傳感器的時間并不長，但隨著我國科技水平的不斷提高，勢必會優(yōu)化管理技術，發(fā)揮無線傳感器的最大價值。

1 無線傳感器網(wǎng)絡

1.1 概述

無線傳感器網(wǎng)絡是一門新興的技術，對人們的生活和社會的生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的影響。進入新世紀以后，網(wǎng)絡信息技術飛速發(fā)展，人們可以依靠網(wǎng)絡信息技術獲取信息，交換數(shù)據(jù)，在此背景之下，無線傳感器網(wǎng)絡應運而生[1]。

在無線傳感器網(wǎng)絡中，有很多小型的節(jié)點，這些節(jié)點組合起來便建構了一個網(wǎng)絡系統(tǒng)。人們應用無線傳感器網(wǎng)絡，可以對數(shù)據(jù)進行接收、處理和編輯等工作，并把編輯好的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給觀察的對象。在無線傳感器網(wǎng)絡中，融合了多種先進技術，在一定程度上體現(xiàn)了技術的集成性特征。

目前無線傳感器網(wǎng)絡的應用范圍越來越廣泛。以軍事領域為例，國家把無線傳感器應用在國土安全部中，可以及時監(jiān)測邊境的軍事情況，對身份不明的出入人員進行檢查。如果受到恐怖分子的襲擊，無線傳感器網(wǎng)絡能在第一時間把警報發(fā)送給國家的安保部門，采取緊急措施進行防御。

1.2 特征

首先，無線傳感器網(wǎng)絡具有電量小的特點。上文已述，無線傳感器網(wǎng)絡由節(jié)點組成，提供能量的電池容量很小，致使無線傳感器網(wǎng)絡的能量受到限制。在大多數(shù)情況下，無線傳感器網(wǎng)絡被應用在人煙稀少、危險性較大的地區(qū)，無線傳感器網(wǎng)絡的工作人員不能及時更換電池，為無線傳感器網(wǎng)絡補充能量，致使無線傳感器網(wǎng)絡的電量較小[2]。

其次，無線傳感器網(wǎng)絡具有規(guī)模大的特點。無線傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)絡是對特定的對象進行動態(tài)監(jiān)測，由于其組成的節(jié)點很多，在進行監(jiān)測時可以捕捉到對象的細節(jié)，因此技術人員在將無線傳感器網(wǎng)絡投入使用之前，需要增加節(jié)點的數(shù)量，擴大節(jié)點的規(guī)模。

再次，無線傳感器網(wǎng)絡具有維護難度大的特點。雖然無線傳感器網(wǎng)絡的布置環(huán)境較為可靠，一般來說不會受到人為或動物因素的破壞，但是在進行維護的過程中需要對每個節(jié)點進行控制，維護的難度非常大。一旦維護工作的質(zhì)量得不到保障，無線傳感器網(wǎng)絡的信號就會被盜取，影響使用者的安全性。

2 無線傳感器網(wǎng)絡管理

2.1 概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡管理應運而生。所謂的網(wǎng)絡管理，就是對網(wǎng)絡的運行過程進行動態(tài)管理，以保證網(wǎng)絡的正常運行。最開始的網(wǎng)絡管理以監(jiān)控為主體，當互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡管理部門對其進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并及時解決問題[3]。此時的網(wǎng)絡管理有三層含義：第一層含義是獲取網(wǎng)絡的動態(tài)信息。第二是應用數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡進行控制。第三是分析互聯(lián)網(wǎng)的參數(shù)保證其正常運行。隨著時代的不斷發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷更新，網(wǎng)絡管理的范圍不斷擴大，從監(jiān)控職能發(fā)展為規(guī)劃職能和維護職能等等。

所謂的無線傳感器網(wǎng)絡管理就是對無線傳感器進行網(wǎng)絡規(guī)劃、網(wǎng)絡控制和網(wǎng)絡答疑等，目的是為了保障用戶獲得更好的網(wǎng)絡應用效果。無線傳感器網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)，其中有大量的節(jié)點和數(shù)據(jù)信息，因此管理的難度相對較大。管理部門在對無線傳感器網(wǎng)絡進行管理時，要做到如下幾點：第一點是對無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)信息進行收集，然后把數(shù)據(jù)信息和常規(guī)狀態(tài)進行對比分析。第二點是發(fā)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡的運行問題，采取有效的解決策略。在這一過程中，網(wǎng)絡管理系統(tǒng)非常重要，因此在對無線傳感器網(wǎng)絡進行管理時，需要建立一個網(wǎng)絡管理的系統(tǒng)。

無線傳感器網(wǎng)絡管理具體分為以下的幾個職能：第一，保證無線傳感器網(wǎng)絡的正常運行。第二，對無線傳感器網(wǎng)絡進行控制，避免出現(xiàn)流量供應和服務質(zhì)量較差的問題。第三，對無線傳感器網(wǎng)絡進行維護，當無線傳感器出現(xiàn)故障時及時解決。第四，為無線傳感器網(wǎng)絡的用戶提供服務，包括安裝軟件，調(diào)試網(wǎng)絡等等。

2.2 結構

無線傳感器網(wǎng)絡有其自身的結構系統(tǒng)，因此無線傳感器網(wǎng)絡管理也有自身的體系。所謂的無線傳感器網(wǎng)絡管理體系，就是調(diào)節(jié)網(wǎng)絡各個要素相互關系的動態(tài)系統(tǒng)，大體上分為管理者和代理兩個部分[4]。所謂的管理者就是進行無線傳感器網(wǎng)絡管理的主體，所謂的代理就是遵從管理者的命令，將具體指示轉(zhuǎn)化為實際的操作內(nèi)容，滿足無線傳感器網(wǎng)絡管理的各項需求。當操作完畢后，代理需要向管理者匯報信息。

針對不同的網(wǎng)絡運行環(huán)境，網(wǎng)絡管理結構被分成三種類型：第一種類型是集中型，即網(wǎng)絡管理以集中的形式出現(xiàn)。管理部門建立一個總站，并把所有信息都集中在這臺計算機中，進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理，并由這臺計算機發(fā)布管理命令。這種類型的管理模式具有管理便捷的優(yōu)點，但是同樣具有風險性大的缺點。如果總站出現(xiàn)了問題，無線傳感器網(wǎng)絡就會面臨崩潰。第二種類型是分層型，即網(wǎng)絡管理以不同的層次出現(xiàn)。管理部門在無線傳感器網(wǎng)絡中設置了多個管理者，每個管理者負責的管理層都不同，但是這些管理者之上有一個主要管理者，可以對各個層面的網(wǎng)絡管理進行監(jiān)測。這種類型的網(wǎng)絡管理具有管理效率高、通信分散的優(yōu)點，因此得到了較為廣泛的使用。第三種類型是分布型，即網(wǎng)絡管理以分布的形式出現(xiàn)。管理部門設置不同的管理者，但是取消了主要管理者的身份和職能，確保了各個管理者的平等地位。不同的管理者負責的區(qū)域不同，可以通過交換數(shù)據(jù)信息來檢測整個系統(tǒng)的運行狀況。這種類型的網(wǎng)絡管理具有交互性強的問題，但是對網(wǎng)絡信息的傳遞要求很高。

3 無線傳感器網(wǎng)絡管理協(xié)議

3.1 信息庫

信息庫是進行無線傳感器網(wǎng)絡管理的重要組成部分，因此在設計具體的管理模式時，應該建立一個數(shù)據(jù)的信息庫。信息庫記載了大量的管理對象信息，通過減少管理對象的Object ID可以減少網(wǎng)絡的通信量，從這個角度看，優(yōu)化管理需要從管理信息庫中的Object ID入手[5]。

Object ID分為不同的類型，在縮減Object ID的長度時可以從不同的方向著手。在初始節(jié)點，Object ID處在原始狀態(tài)；當節(jié)點被監(jiān)控時，Object ID處在被監(jiān)測的狀態(tài)；當節(jié)點作為虛擬計算要素時，Object ID處在虛擬的狀態(tài)。在第一種狀態(tài)之下，Object ID一般不會輕易發(fā)生改變。在第二種狀態(tài)之下，代理者對節(jié)點進行監(jiān)控，對數(shù)據(jù)庫中的Object ID進行動態(tài)的檢測，在一定的時間后，代理要把Object ID的信息發(fā)送給管理者。在第三種狀態(tài)下，虛擬的Object ID只是計算的一種虛擬數(shù)據(jù)，不具備現(xiàn)實意義。這種狀態(tài)的Object ID是網(wǎng)絡管理的表現(xiàn)，可以通過計算Object ID的長度和速度來減小流量，優(yōu)化無線傳感器的網(wǎng)絡管理。

3.2 管理協(xié)議

管理協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡的管理規(guī)則，在這套管理規(guī)則中，記錄著對網(wǎng)絡管理進行具體操作的指令和原語，因此想要（下轉(zhuǎn)第145頁）（上接第137頁）優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡管理，首先要對管理協(xié)議進行設計。管理協(xié)議中對網(wǎng)絡管理的過程做出的規(guī)定：網(wǎng)絡管理就是管理者接收代理的信息，對數(shù)據(jù)進行分析和處理，并把處理結果發(fā)送給代理，讓代理完成具體的操作步驟。管理協(xié)議設計的范圍較廣，一方面它對無線傳感器網(wǎng)絡的故障問題進行管理，另一方面它要保證網(wǎng)絡管理的安全性[6]。

在設計管理協(xié)議時，工作人員要對操作原語進行處理。安全協(xié)議分為報頭、安全參數(shù)和協(xié)議數(shù)據(jù)單元幾個部分。在第一部分中，工作人員要填入MsgID等內(nèi)容，對信息和數(shù)據(jù)進行分析。在第二部分中，工作人員需要確定參數(shù)，保障無線傳感器網(wǎng)絡的安全運行。在第三部分中，工作人員要掌握不同的原語，根據(jù)原語內(nèi)容控制長度。

4 結論

我國自無線傳感器網(wǎng)絡引入之后，就加快了對該技術的研究步伐。目前無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)被應用在社會上的各個領域，為了發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡的效用，提高無線傳感器網(wǎng)絡的應用效率，相關的技術人員必須探討科學的管理技術，對無線傳感器網(wǎng)絡進行有效管理。

【參考文獻】

[1]尹湘源.無線傳感器網(wǎng)絡低能耗分簇路由算法關鍵技術研究[D].華東理工大學，2014.

[2]王義君.面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡時間同步與尋址策略研究[D].吉林大學，2012.

[3]遲令.基于無線傳感器網(wǎng)絡的身份認證體系的研究[D].吉林大學，2015.

[4]李曉璇.無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理與入侵檢測融合技術的研究[D].北京工業(yè)大學，2014.

[5]趙平.無線傳感器網(wǎng)絡的密鑰管理與安全路由技術的研究與分析[D].南京郵電大學，2012.

[6]王鶴.無線傳感器網(wǎng)絡中基于雙網(wǎng)的通訊鏈路管理技術[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015（9）：39-40.

[責任編輯：田吉捷]