【正文】 該層的主要任務(wù)是監(jiān)測所監(jiān)控區(qū)域的物理量并將其傳輸。 由此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層又可以分為三層 。同時，由于組節(jié)點接收到的都是很小范圍內(nèi)傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，故可以在組節(jié)點上設(shè)置數(shù)據(jù)融合功能，利用數(shù)據(jù)融合將相鄰節(jié)點上感知的冗余數(shù)據(jù)消除，減少組節(jié)點再次數(shù)據(jù)傳輸時的能量消耗和帶寬 占有。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中還存在著若干組節(jié)點。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點負(fù)責(zé)運行具體的數(shù)據(jù)感知任務(wù)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理 ； 中心 節(jié)點是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯集點，它可以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所得數(shù)據(jù)傳遞到上層 進(jìn)行存儲或處理。 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 27 頁 網(wǎng)格應(yīng)用層 服 務(wù)管理層 任務(wù)管理層 數(shù)據(jù)接入層 中心節(jié)點 1 中心節(jié)點 n ?????? 組節(jié)點 1 組節(jié)點 n ?????? 傳感器節(jié)點 1 傳感器節(jié)點 n ?????? ?????? 網(wǎng)格層 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層 圖 41 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合框架 第一層 第二層 第三層 1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層主要有許多個執(zhí)行具體感知任務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。 結(jié)合框架 框架 設(shè)計 通過以上研究表述， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格結(jié)合框架 可分為 兩部分 :無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)格層。如果希望傳感器網(wǎng)格為應(yīng)用提供最好的可能的 QoS，資源可獲得性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)帶寬和時延的變化都是必需考慮的。資源預(yù)留和傳感器資源調(diào)度緊緊的連在一起。 一個服務(wù)請求可能需要很多傳感器資源。通過這些指標(biāo)的使用 ,可以增 加傳感任務(wù)的健壯性 ,避免節(jié)點失效和通信中斷的影響。 通過 QoS 參數(shù)可以規(guī)定網(wǎng)格傳感任務(wù)所使用的傳感器節(jié)點、存儲空間、通信帶寬、消耗電量等指標(biāo)。 (8)服務(wù)質(zhì)量 服務(wù)質(zhì)量是一個關(guān)鍵的問題，它決定了一個傳感器網(wǎng)格能否高效的提供所需要的資源。 這樣 ， 部分節(jié) 點的失效不會影響到整個傳感任務(wù)的執(zhí)行 。 結(jié)合框架應(yīng)該 能夠 支持任務(wù)的復(fù)制和遷移 ， 這樣 ， 如果部分傳感器節(jié)點失效 ， 傳感任務(wù)也可以很快由失效傳感節(jié)點遷移到正常節(jié)點 。 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 26 頁 (7)可靠性 傳感器節(jié)點使用電池供電 ， 使用不可靠的無線通信網(wǎng)絡(luò)通信 ， 很有可能會造成傳感器節(jié)點上的傳感任務(wù)失敗 。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過使用節(jié)點認(rèn)證、傳感數(shù)據(jù)加密、安全 MAC 協(xié)議 、安全路 由、入侵檢測 等方式來保證節(jié)電和傳感數(shù)據(jù)的有效安全 。 網(wǎng)格資源也要求經(jīng)過認(rèn)證的個人和服務(wù)提供者才能夠訪問 。 在結(jié)合框架中同時存在多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時 ， 要求調(diào)度過程能夠充分利用多種類型的數(shù)據(jù)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的任務(wù)調(diào)度要考慮能量消耗和可用傳感器資源 。 (5)任務(wù)分配及調(diào)度 傳感器場就像 一個 數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)從環(huán)境中動態(tài)獲取，分布在各個傳感器節(jié)點中，地理上分散的各個傳感器節(jié)點通過不可靠鏈路連接在一起。傳感器節(jié)點必須提供自適應(yīng)電源管理機制供不同的應(yīng)用使用。 (4)能量管理 傳感器網(wǎng)絡(luò)能量 非常有 限，每一個傳感器節(jié)點都沒有固定的能量來源 ， 而是依賴于有限的電池能量， 而且傳感器節(jié)點通常都是隨機布置和無人照管的，有時少數(shù)幾個節(jié)點的功能障礙就能夠引起較大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?可能 導(dǎo)致 需要為分組數(shù)據(jù)重新尋找路由以及網(wǎng)絡(luò)重組。 它要能夠同時連接多個無北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 25 頁 線傳感器網(wǎng)絡(luò) ， 而一個新 的傳感器網(wǎng)絡(luò)的加入過程應(yīng)盡可能簡單 ， 并可以容易地和網(wǎng)格的計算 、 存儲資源進(jìn)行集成 ， 這樣才可以使用戶透明地使用多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 (3)擴(kuò)展性 擴(kuò)展 性是指把傳感器資源加入到一個傳感器網(wǎng)格來增加無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集能力， 同時 無需改變軟件體系結(jié)構(gòu)本質(zhì)的特性。它要解決隱藏終端和暴露終端問題，使用分布式控制機制實現(xiàn)信道資源共享。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信通常使用私有協(xié)議 ， 尤其 是 MAC 協(xié)議和無線路由協(xié)議 。 (2)協(xié)議映射 網(wǎng)格通信中使用 開放的、通用的協(xié)議 ——Globus Toolkit 來協(xié)商和管理資源共享，它使用 Inter 協(xié)議通信，認(rèn)證、通信保護(hù)和授權(quán)使用基于公開密鑰的網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)架 (Grid Security Infrastructure， GSI)協(xié)議。 在結(jié)合 設(shè)計 中 ， 需要解決傳感器節(jié)點無線通信中不可預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)中斷和通信延遲問題。無線連接的一種選擇是使用工業(yè)科學(xué)衛(wèi)生頻帶 [2]，由于硬件約束、天線效率和功耗之間的折 中平衡限制，選擇超高頻頻率 (UHF， 300～3000MHz 高頻無線電波 )作為傳感器收發(fā)信機的載波頻率；另一種可能的通信方式是采用紅外線，其收發(fā)信機價格便宜，易于研制，但通信距離有限；靈敏 Mote傳感器微粒是自動感知、計算、通信系統(tǒng)，采用光媒介進(jìn)行通信傳輸。 結(jié)合的關(guān)鍵問題 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格是兩個差異很大的網(wǎng)絡(luò) ， 兩者在物理層 、 通信協(xié)議 、應(yīng)用協(xié)議等各方面都不同 ，由此 ， 在結(jié)合過程中 需要考慮 網(wǎng)絡(luò)連接 問題 、 協(xié)議映北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 24 頁 射問題、 擴(kuò)展性、 能量管理、 任務(wù)調(diào)度 、安全性、可靠性、服務(wù)質(zhì)量 等 方面的 問題 。 在大多數(shù)應(yīng)用當(dāng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都是作為數(shù)據(jù)源來使用的。自然環(huán)境中大量布置的傳感器節(jié)點能夠以很高的分辨率測量物理世界，同時提高了應(yīng)用所需真實世界數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。 任務(wù)管理層 主要是對數(shù)據(jù)的局部特征進(jìn)行提取 ；服務(wù)管理層 主要是利用多個特征層融合數(shù)據(jù)得到全局判斷。 其中 ， 組節(jié)點數(shù)據(jù)融合主要完成包含在該組內(nèi)所有節(jié)點數(shù)據(jù)的融合，然后將結(jié)果直接送到 中心 節(jié)點進(jìn)行處理。 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 23 頁 第 4 章 無線傳感器網(wǎng) 絡(luò) 與網(wǎng)格結(jié)合研究 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格的結(jié)合可以使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)得到 更加有效的處理，二者的結(jié)合涉及到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格兩個方面。 計算所網(wǎng)格研究的最大特色是 “ 服務(wù)網(wǎng)格 ” 的思想 ， 而國際上的網(wǎng)格研究目前主要面向科學(xué)計北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 22 頁 算 。 中國科學(xué)院計算所對網(wǎng)格技術(shù)的研究已較 為深入 ， 計算所的網(wǎng)格技術(shù)研究在使用國際上已有先進(jìn)技術(shù)的同時 ， 堅持自己的創(chuàng)新 。遠(yuǎn)程沉浸可以廣泛應(yīng)用于交互式科學(xué)可視化、教育、訓(xùn)練、藝術(shù)、娛樂、工業(yè)設(shè)計、信息可視化等許多領(lǐng)域。遠(yuǎn)程沉浸 (Teleimmersion)是一種 特殊的網(wǎng)格化虛擬現(xiàn)實環(huán)境。許多高能物理實驗、數(shù)字化天空掃描、氣象預(yù)測等 都 是數(shù)據(jù)密集型的問題，網(wǎng)格可以在這 些問題的求解中發(fā)揮作用。對于數(shù)據(jù)密集型計算 (Data Intensive Computing)問題，數(shù)據(jù)采集地點、數(shù)據(jù)處理地點、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果存放地點等往往不在用一個地方。分布式儀器系統(tǒng) (Distributed Instrumentation System)是指用網(wǎng)格管理 分布在各地的貴重儀器系統(tǒng)，提供遠(yuǎn)程訪問儀器設(shè)備的手段，提高儀器的利用率，大大方便用戶的使用。分布式超級計算 (Distributed Superputing)是指將分布在不同地點的超級計算機用高速網(wǎng)絡(luò)連接起來，并用網(wǎng)絡(luò)中間件 “粘合”起來，形成比單臺超級計算機強大的多的計算平臺。 網(wǎng)格的應(yīng)用及 研究 現(xiàn)況 網(wǎng)格的應(yīng)用 網(wǎng)格應(yīng)用領(lǐng)域目前主要有四類： 分布式超級計算、分布式儀器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)密集型計算和遠(yuǎn)程沉浸。 帶寬和延遲是網(wǎng)絡(luò)最重要的兩個屬性。 (4)通信技術(shù) 。第四是資源的訪問與服務(wù) 。為了將各類信息統(tǒng)一起來，需要建立統(tǒng)一的信息模型，便于數(shù)據(jù)的管理和訪問。第二是資源信息的組織與管理。 網(wǎng)格資源管理中涉及的第一個問題是資源的發(fā)布與發(fā)現(xiàn)。同時，對網(wǎng)格的資源所有者來說，網(wǎng)格需要保證在一個開放、共享的環(huán)境中所有網(wǎng)格用戶的真實可靠以及是否具有訪問資源的權(quán)限，保證網(wǎng)格安全。 (2)用戶 管理 。由于應(yīng)用程序分解的任務(wù)之間往往包含優(yōu)先約束關(guān)系，就需要考慮任務(wù)調(diào)度問題。 (l)任務(wù)管理 。 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 20 頁 此外，還有 Web服務(wù)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，它是 Web服務(wù)網(wǎng)格代表 商業(yè)應(yīng)用的 Web服務(wù)技術(shù)與面向科學(xué)和工程領(lǐng)域的網(wǎng)格技術(shù)的相互融合。數(shù)據(jù)網(wǎng)格系統(tǒng)一般都有海量數(shù)據(jù)的聯(lián)機采集系統(tǒng)；還具有高速數(shù)據(jù)傳輸速率，根據(jù)不同應(yīng)用，可以從100Mb/s～ ；從地域上講，可跨世界多個國家和地區(qū)。 數(shù)據(jù)網(wǎng)格以大規(guī)模數(shù)據(jù)的共享、存儲、傳輸及分析為基本特征。 其他網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu) 科學(xué)計算網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的基本特征是 ， 系統(tǒng)中雖然有數(shù)據(jù)，但主要問題或關(guān)鍵問題是組織、訪問和管理計算任務(wù) 。 OGSA中主要是臨時服務(wù)，在任務(wù)結(jié)束時，可能由于個別組件出現(xiàn)故障而無法終止服務(wù)，導(dǎo)致它永遠(yuǎn)占用相關(guān)資源，造成資源的浪費。圖 33是對網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的簡單描述 [12]。在 OGSA中，服務(wù)包括各種計算資源 、 存儲資源 、 網(wǎng)格 、 程序 、 數(shù)據(jù)庫等。并發(fā) 應(yīng)用的接口 圖 33 OGSA 的網(wǎng)格服務(wù)示意圖 北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 19 頁 美國 Argonne國家實驗室的 IanFoster等人結(jié)合 Web Service技術(shù)提出開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu) OGSA(Open Grid Service Architecture)。服務(wù)注冊 授權(quán) 開放式網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu) 服務(wù)數(shù)據(jù) 服務(wù)數(shù)據(jù) 服務(wù)數(shù)據(jù) 實現(xiàn) 服務(wù)數(shù)據(jù)的訪 問 顯示撤銷 軟狀態(tài)生命周期 網(wǎng)格服務(wù) （必需的） 運行環(huán)境 (C、 J2EE、 NET、 WebSphere… ） 綁定特性 可靠激活 認(rèn)證 其他接口 （可選的） 應(yīng)用程序通過各層的 API調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)，再通過服務(wù)調(diào)用網(wǎng)格上的資源來完成任務(wù)。為了對來自應(yīng)用 層 的共享進(jìn)行管理和控制，匯聚層提供目錄服務(wù)、資源分配、日程安排、資源代理、資源監(jiān)測診斷、網(wǎng)格啟動、負(fù)荷控制、賬戶管理等多種功能。 它的主要功能就是實現(xiàn)對單個組織內(nèi)的資源共享 。認(rèn)證協(xié)議基于通信服務(wù)，提供了用戶 確認(rèn) 和資源身份的安全機制。 第二層為連接層 (ConnectivityLayer):該層定義了網(wǎng)格中網(wǎng)絡(luò)處理的核心通信與認(rèn)證協(xié)議。它的功能是向上提供網(wǎng)格中可供共享的資源。其結(jié)構(gòu)模型如圖 32所示 [11]。上層協(xié)議可調(diào)用下層協(xié)議的服務(wù)。該結(jié)構(gòu)側(cè)重于定性的描述而不是具體的協(xié)議定義，這有助于從整體上理解計算網(wǎng)格。 它給出了網(wǎng)格的基本組成與功能，描述了網(wǎng)格各組成部分的關(guān)系以及它們集成的方式或方法，刻畫了支持網(wǎng)格有效運轉(zhuǎn)的機制。網(wǎng)格技術(shù)通過將資源充分共享，不僅可以將閑置和浪費的資源收集起來供網(wǎng)格用戶使用，而且可以避免以前由于地理位置限制所帶來的額外開銷，最大限度地發(fā)揮了資源的使用價值，從而降低了資源使用者的 費用 。網(wǎng)格的易訪問性指用戶可以在任何時間、任何地點、以自己熟悉的統(tǒng)一形式訪問和使用網(wǎng)格資源。網(wǎng)格的標(biāo)準(zhǔn)化 一方面指網(wǎng)格資源之間應(yīng)該有一個統(tǒng)一的接口北方民族大學(xué)畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)格結(jié)合研究 第 17 頁 或者協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，方便實現(xiàn)網(wǎng)格資源的相互操作，從而實現(xiàn)充分的資源共享 ； 另一方面指網(wǎng)格對用戶提供的計算能力應(yīng)該滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，使用戶以一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行訪問。網(wǎng)格也 應(yīng)該 能夠保證提供持續(xù)、穩(wěn)定的計算能力，還應(yīng)該滿足各種形式的安全要求，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?、?quán)限的認(rèn)證、避免非法入侵和非法使用等。 (1)可靠性要求。網(wǎng)格實現(xiàn)了計算能力或計算資源和具體硬件設(shè)施的分離。 (3)網(wǎng)格打破了傳統(tǒng)的共享和協(xié)作方面的限制。網(wǎng)格 使得 使用資源與使用者的位置及資源的位置無關(guān)。網(wǎng)格資源是分布在各處的，有些資源是稀缺或不可復(fù)制的，甚至是無法和特定的地理位置分開的。 對于大多數(shù)用戶來說，網(wǎng)格提供 給他們的計算能力足以滿足其需求，人們可以做很多以前無法完成的計算工作。而網(wǎng)格所提供的計算能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般系統(tǒng)能夠提供的計算能力。 (1)網(wǎng)格突破了計算能力的限制。 局部在許多地方客