体系结构设计原则
发布时间:2012/4/4 20:51:40 访问次数:1071
无线传感器网络中间件介于操作系统和应用软A6613SED-01B 件之间，其目的是为大量具有计算、通信和感知能力的节点通过无线互连所组成网络的应用开发、维护、部署和执行提供支持。无线传感器网络具有资源有限（尤其是能量）、以数据为中心，数据的相似性、与应用密切相关、可快速部署、可自组织和容错性高等特点（也是其设计与实现的需求），除此以外，操作系统还在发展之中而有待成熟，这些使得无线传感器网络中间件的研发面临较大的挑战，这些挑战具体可以划分为：①管理有限的能源和资源；②可扩缩的、移动的、动态的网络拓扑；③异构性；④动态网络组织；⑤真实世界集成；⑥应用相关；⑦数据融合；⑧QoS;⑨安全等。另外，未来的无线传感器网络将可能具有更高的传输带宽、来自不同数据源的低延迟数据流及需要进行复杂的网内数据处理，无线传感器网络中间件研究与实现还需要考虑这些特点。无线传感器网络中间件设计中面临的挑战主要有：
(1)硬件资源
由于节点的能量、计算、存储能力和通信带宽等有限，因此无线传感器网络中间件必须是轻量级、能量效率高、能灵活地管理有限的资源。采取网络内部处理祁无执行任务时，节点休眠等方法，可以降低节点能量消耗。当节点由于能量耗尽而引起的网络故障时，中间件应该采取有效的措施进行管理。
(2)可扩展性及网络拓扑的自适应性
无线传感器网络节点数目庞大，加上应用环境的限制，其人工部署和维护也相对困难，所以无线传感器网络中间件应具有可扩展性和网络拓扑结构的自适应性，中间件应支持可伸缩性，对网络变化能做出灵活的反应。
(3)网络异构性
无线传感器网络节点的多样性及信息获取的丰富性，使得无线传感器网络中间件具有异构处理能力，如异构性通信机制、异构性数据处理机制等。无线传感器技术迅速发展，从硬件技术来看，处理器的速度越来越高，处理能力越来越强；从软件技术来看，应用程序的规模不断扩大，使无线传感器网络的应用范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行。这一切都对无线传感器网络平台软件开发提出了新的需求。在这种分布式异构环境中，通常存在多种类型传感器网络，在这些网络中又存在各种各样的系统软件（如不同的操作系统、数据库、语言编译器等），这些传感器网络还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。无线传感器网络平台软件所具有的异构性就是要使基于无线传感器网络的业努开发和应用独立于硬件、操作系统、数据库、语言编译器、网络协议和网络体系结构。
(4)支持QoS
与传统网络不同，无线传感器网络是以数据为中心的网络，应用程序对网络的QoS有特殊的要求。在无线传感器网络应用中，需要考虑事件报告的可靠性、目标追踪的精确性、网络部署的覆盖与连通性要求等。在无线传感器网络中间件设计时，需要考虑这些QoS因素。
(5)网络动态拓扑和稳健性
无线传感器网络常应用于敌对和恶劣的环境中，由于设备故障、通信故障、节点移动及能量受限等因素，网络拓扑常动态变化。中间件技术应该能够适应及容忍这些变化，在网络中提供不同的服务。
(6)应用相关
无线传感器网络是应用相关的网络，由于能量、资源和应用场景的多样性，无线传感器网络中间件需要提供应用相关的基础设置机制，处理特定应用的中间件与通用中间件的平衡。
(7)以数据为中心
无线传感器网络应用程序对节点自身参数并不感兴趣，它感兴趣的是节点监测到的数据，数据是无线传感器网络的核心，以数据为中心的网络应用在无线传感器网络领域有一定优势。例如，可以在网络内部进行数据汇聚和融合，增强无线传感器网络性能的有效性。因此，无线传感器网络中间件设计应支持以数据为中心，提供以数据为中心的路由和查询机制、发布和订阅模型及数据库模式。
(8)安全性
由于传感器网络常部署于敌对区域内，节点容易受到俘获、数据截取及篡改等一些安全威胁。受节点内存和计算受限特点，传统的许多加密算法无法实现，攻击者可以采用耗尽节点能量的方法使节点失效。所以，需要在无线传感器网络中间件技术中考虑安全因素。
(1)硬件资源
由于节点的能量、计算、存储能力和通信带宽等有限，因此无线传感器网络中间件必须是轻量级、能量效率高、能灵活地管理有限的资源。采取网络内部处理祁无执行任务时，节点休眠等方法，可以降低节点能量消耗。当节点由于能量耗尽而引起的网络故障时，中间件应该采取有效的措施进行管理。
(2)可扩展性及网络拓扑的自适应性
无线传感器网络节点数目庞大，加上应用环境的限制，其人工部署和维护也相对困难，所以无线传感器网络中间件应具有可扩展性和网络拓扑结构的自适应性，中间件应支持可伸缩性，对网络变化能做出灵活的反应。
(3)网络异构性
无线传感器网络节点的多样性及信息获取的丰富性，使得无线传感器网络中间件具有异构处理能力，如异构性通信机制、异构性数据处理机制等。无线传感器技术迅速发展，从硬件技术来看，处理器的速度越来越高，处理能力越来越强；从软件技术来看，应用程序的规模不断扩大，使无线传感器网络的应用范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行。这一切都对无线传感器网络平台软件开发提出了新的需求。在这种分布式异构环境中，通常存在多种类型传感器网络，在这些网络中又存在各种各样的系统软件（如不同的操作系统、数据库、语言编译器等），这些传感器网络还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。无线传感器网络平台软件所具有的异构性就是要使基于无线传感器网络的业努开发和应用独立于硬件、操作系统、数据库、语言编译器、网络协议和网络体系结构。
(4)支持QoS
与传统网络不同，无线传感器网络是以数据为中心的网络，应用程序对网络的QoS有特殊的要求。在无线传感器网络应用中，需要考虑事件报告的可靠性、目标追踪的精确性、网络部署的覆盖与连通性要求等。在无线传感器网络中间件设计时，需要考虑这些QoS因素。
(5)网络动态拓扑和稳健性
无线传感器网络常应用于敌对和恶劣的环境中，由于设备故障、通信故障、节点移动及能量受限等因素，网络拓扑常动态变化。中间件技术应该能够适应及容忍这些变化，在网络中提供不同的服务。
(6)应用相关
无线传感器网络是应用相关的网络，由于能量、资源和应用场景的多样性，无线传感器网络中间件需要提供应用相关的基础设置机制，处理特定应用的中间件与通用中间件的平衡。
(7)以数据为中心
无线传感器网络应用程序对节点自身参数并不感兴趣，它感兴趣的是节点监测到的数据，数据是无线传感器网络的核心，以数据为中心的网络应用在无线传感器网络领域有一定优势。例如，可以在网络内部进行数据汇聚和融合，增强无线传感器网络性能的有效性。因此，无线传感器网络中间件设计应支持以数据为中心，提供以数据为中心的路由和查询机制、发布和订阅模型及数据库模式。
(8)安全性
由于传感器网络常部署于敌对区域内，节点容易受到俘获、数据截取及篡改等一些安全威胁。受节点内存和计算受限特点，传统的许多加密算法无法实现，攻击者可以采用耗尽节点能量的方法使节点失效。所以，需要在无线传感器网络中间件技术中考虑安全因素。
无线传感器网络中间件介于操作系统和应用软A6613SED-01B 件之间，其目的是为大量具有计算、通信和感知能力的节点通过无线互连所组成网络的应用开发、维护、部署和执行提供支持。无线传感器网络具有资源有限（尤其是能量）、以数据为中心，数据的相似性、与应用密切相关、可快速部署、可自组织和容错性高等特点（也是其设计与实现的需求），除此以外，操作系统还在发展之中而有待成熟，这些使得无线传感器网络中间件的研发面临较大的挑战，这些挑战具体可以划分为：①管理有限的能源和资源；②可扩缩的、移动的、动态的网络拓扑；③异构性；④动态网络组织；⑤真实世界集成；⑥应用相关；⑦数据融合；⑧QoS;⑨安全等。另外，未来的无线传感器网络将可能具有更高的传输带宽、来自不同数据源的低延迟数据流及需要进行复杂的网内数据处理，无线传感器网络中间件研究与实现还需要考虑这些特点。无线传感器网络中间件设计中面临的挑战主要有：
(1)硬件资源
由于节点的能量、计算、存储能力和通信带宽等有限，因此无线传感器网络中间件必须是轻量级、能量效率高、能灵活地管理有限的资源。采取网络内部处理祁无执行任务时，节点休眠等方法，可以降低节点能量消耗。当节点由于能量耗尽而引起的网络故障时，中间件应该采取有效的措施进行管理。
(2)可扩展性及网络拓扑的自适应性
无线传感器网络节点数目庞大，加上应用环境的限制，其人工部署和维护也相对困难，所以无线传感器网络中间件应具有可扩展性和网络拓扑结构的自适应性，中间件应支持可伸缩性，对网络变化能做出灵活的反应。
(3)网络异构性
无线传感器网络节点的多样性及信息获取的丰富性，使得无线传感器网络中间件具有异构处理能力，如异构性通信机制、异构性数据处理机制等。无线传感器技术迅速发展，从硬件技术来看，处理器的速度越来越高，处理能力越来越强；从软件技术来看，应用程序的规模不断扩大，使无线传感器网络的应用范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行。这一切都对无线传感器网络平台软件开发提出了新的需求。在这种分布式异构环境中，通常存在多种类型传感器网络，在这些网络中又存在各种各样的系统软件（如不同的操作系统、数据库、语言编译器等），这些传感器网络还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。无线传感器网络平台软件所具有的异构性就是要使基于无线传感器网络的业努开发和应用独立于硬件、操作系统、数据库、语言编译器、网络协议和网络体系结构。
(4)支持QoS
与传统网络不同，无线传感器网络是以数据为中心的网络，应用程序对网络的QoS有特殊的要求。在无线传感器网络应用中，需要考虑事件报告的可靠性、目标追踪的精确性、网络部署的覆盖与连通性要求等。在无线传感器网络中间件设计时，需要考虑这些QoS因素。
(5)网络动态拓扑和稳健性
无线传感器网络常应用于敌对和恶劣的环境中，由于设备故障、通信故障、节点移动及能量受限等因素，网络拓扑常动态变化。中间件技术应该能够适应及容忍这些变化，在网络中提供不同的服务。
(6)应用相关
无线传感器网络是应用相关的网络，由于能量、资源和应用场景的多样性，无线传感器网络中间件需要提供应用相关的基础设置机制，处理特定应用的中间件与通用中间件的平衡。
(7)以数据为中心
无线传感器网络应用程序对节点自身参数并不感兴趣，它感兴趣的是节点监测到的数据，数据是无线传感器网络的核心，以数据为中心的网络应用在无线传感器网络领域有一定优势。例如，可以在网络内部进行数据汇聚和融合，增强无线传感器网络性能的有效性。因此，无线传感器网络中间件设计应支持以数据为中心，提供以数据为中心的路由和查询机制、发布和订阅模型及数据库模式。
(8)安全性
由于传感器网络常部署于敌对区域内，节点容易受到俘获、数据截取及篡改等一些安全威胁。受节点内存和计算受限特点，传统的许多加密算法无法实现，攻击者可以采用耗尽节点能量的方法使节点失效。所以，需要在无线传感器网络中间件技术中考虑安全因素。
(1)硬件资源
由于节点的能量、计算、存储能力和通信带宽等有限，因此无线传感器网络中间件必须是轻量级、能量效率高、能灵活地管理有限的资源。采取网络内部处理祁无执行任务时，节点休眠等方法，可以降低节点能量消耗。当节点由于能量耗尽而引起的网络故障时，中间件应该采取有效的措施进行管理。
(2)可扩展性及网络拓扑的自适应性
无线传感器网络节点数目庞大，加上应用环境的限制，其人工部署和维护也相对困难，所以无线传感器网络中间件应具有可扩展性和网络拓扑结构的自适应性，中间件应支持可伸缩性，对网络变化能做出灵活的反应。
(3)网络异构性
无线传感器网络节点的多样性及信息获取的丰富性，使得无线传感器网络中间件具有异构处理能力，如异构性通信机制、异构性数据处理机制等。无线传感器技术迅速发展，从硬件技术来看，处理器的速度越来越高，处理能力越来越强；从软件技术来看，应用程序的规模不断扩大，使无线传感器网络的应用范围更为广阔，许多应用程序需在网络环境的异构平台上运行。这一切都对无线传感器网络平台软件开发提出了新的需求。在这种分布式异构环境中，通常存在多种类型传感器网络，在这些网络中又存在各种各样的系统软件（如不同的操作系统、数据库、语言编译器等），这些传感器网络还可能采用不同的网络协议和网络体系结构连接。无线传感器网络平台软件所具有的异构性就是要使基于无线传感器网络的业努开发和应用独立于硬件、操作系统、数据库、语言编译器、网络协议和网络体系结构。
(4)支持QoS
与传统网络不同，无线传感器网络是以数据为中心的网络，应用程序对网络的QoS有特殊的要求。在无线传感器网络应用中，需要考虑事件报告的可靠性、目标追踪的精确性、网络部署的覆盖与连通性要求等。在无线传感器网络中间件设计时，需要考虑这些QoS因素。
(5)网络动态拓扑和稳健性
无线传感器网络常应用于敌对和恶劣的环境中，由于设备故障、通信故障、节点移动及能量受限等因素，网络拓扑常动态变化。中间件技术应该能够适应及容忍这些变化，在网络中提供不同的服务。
(6)应用相关
无线传感器网络是应用相关的网络，由于能量、资源和应用场景的多样性，无线传感器网络中间件需要提供应用相关的基础设置机制，处理特定应用的中间件与通用中间件的平衡。
(7)以数据为中心
无线传感器网络应用程序对节点自身参数并不感兴趣，它感兴趣的是节点监测到的数据，数据是无线传感器网络的核心，以数据为中心的网络应用在无线传感器网络领域有一定优势。例如，可以在网络内部进行数据汇聚和融合，增强无线传感器网络性能的有效性。因此，无线传感器网络中间件设计应支持以数据为中心，提供以数据为中心的路由和查询机制、发布和订阅模型及数据库模式。
(8)安全性
由于传感器网络常部署于敌对区域内，节点容易受到俘获、数据截取及篡改等一些安全威胁。受节点内存和计算受限特点，传统的许多加密算法无法实现，攻击者可以采用耗尽节点能量的方法使节点失效。所以，需要在无线传感器网络中间件技术中考虑安全因素。
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