1概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)是以自組網(wǎng)形式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有稠密布置、隨機撒播的特性，傳感器節(jié)點協(xié)同地感知、采集、處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的信息，并提供給用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作方式與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很大差異：通信能量消耗大于數(shù)據(jù)處理能量消耗；傳感器節(jié)點的能量有限；傳感器各節(jié)點負擔的任務(wù)量不同以致各節(jié)點能量消耗不平均；通常散布在無人值守的區(qū)域，一旦節(jié)點失效或能量耗盡也無法對它進行修復或充電[1]。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題是研究的關(guān)鍵[2]。網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)本身息息相關(guān)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他的無線網(wǎng)絡(luò)相比，有不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和需求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是多跳的，每個節(jié)點都可以作為路由器使用，進行路徑的存儲。傳感器網(wǎng)絡(luò)的流量有相對靜態(tài)的特性，從傳感器節(jié)點到匯聚(Sink)節(jié)點的數(shù)據(jù)流遠大于反方向的流量。另外，傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要目標在于盡量降低系統(tǒng)功耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，它的節(jié)點通常運行在人無法接近的惡劣或者危險的遠程環(huán)境中，更換電池是非常困難的(甚至是不可能的)。因此，有效地利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源，保障其提供信息服務(wù)的質(zhì)量，降低能量消耗、延長網(wǎng)絡(luò)運行周期是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的重要目標。文獻[3]從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理功能角度研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，并對網(wǎng)絡(luò)管理的關(guān)鍵技術(shù)進行論述。文獻[4]綜述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，并重點概述了現(xiàn)存的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和方法。文獻[5]重點描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)議框架，建立層次型管理體系。目前眾多的研究者開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的研究，但這些研究中并沒有針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能需要研究網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。為此，本文通過虛擬對象標示符(VirtualObjectIdentifier,VOID)技術(shù)，研究無線傳感器網(wǎng)管理協(xié)議，通過減少管理站與被管節(jié)點的通信，降低網(wǎng)絡(luò)管理給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來的能耗。

2管理信息庫設(shè)計

管理信息庫(ManagementInformationBase,MIB)是在代理端存放被管對象數(shù)據(jù)的一個數(shù)據(jù)庫。MIB的結(jié)構(gòu)見圖1。在MIB中用OID標記被管理對象的參數(shù)，在管理協(xié)議中對它的使用是最頻繁的，所以，可以通過減少OID的長度來減小通信量。為了減少MIB中OID的長度，該管理協(xié)議把MIB的OID分成對象監(jiān)控OID表、原始OID和虛擬OID表3個部分。在WSN(29647)節(jié)點下的OID編號為1~127表示原始的OID，128編號表示對象監(jiān)控OID表，129~255表示虛擬的OID表。為了減少管理站的查詢請求，傳感器代理中提供了間隔某個時間的本地輪詢功能。本地輪詢功能是在MIB中特定的表中定義的，通過修改相應(yīng)表中的值就可方便地修改論詢的值。輪詢功能是在間隔時間到達時，判斷相應(yīng)的監(jiān)測參數(shù)的值是否觸發(fā)某個事件。與RMON相比，RMON是監(jiān)視一個網(wǎng)段的功能，本地輪詢功能是監(jiān)視本代理的一些變量，在一定情況下向管理站發(fā)送報告。在傳感器代理中，監(jiān)測的參數(shù)能夠觸發(fā)的條件有2個，一個是大于某個值monHighVal，另一個是小于某個值monLowVal。如果監(jiān)控表中的monLowVal(3)和monHighVal(4)的值都設(shè)置為0，則表示定時向管理站發(fā)送monOID(0)標明的數(shù)據(jù)值。通過輪詢某OID變量，就可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理中OID的監(jiān)控功能。虛擬OID變量是一種只定義其求值的方法而不在MIB中保存它的實時值的一種OID變量。它與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的OID變量不同。虛擬OID在執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理過程中定義；它的變量值并不是對應(yīng)于被管對象中的某個實際參數(shù)值，而是通過已有的OID變量進行運算而得到的；它并不在MIB中保存它的實際值，只保存值的一種計算方式；對虛擬OID的運算，一般都是只能進行取值運算，而不能進行設(shè)置值運算。SNMP中的OID變量，它一般都是在代理的設(shè)計和實現(xiàn)過程定義的；它的變量值一般都是對應(yīng)于被管理對象中的某個實際參數(shù)值；它的值會隨著被管理對象中的實際參數(shù)值實時改變。另外，虛擬OID變量和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中的OID變量也有類似情況。首先它們都是為網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的；其次它們都是對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的一種表示；最后它們都能通過網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議進行訪問。本文為實現(xiàn)虛擬OID功能，在SNMP協(xié)議中提供AddVirtualOID和RemoveVirtualOID操作原語來管理虛擬OID變量。在虛擬OID中的值是根據(jù)表達式valExpression所表示的含義來求解。為減少存儲valExpression長度和增加求解虛擬OID速度，valExpression采用后綴表達式表示。

3虛擬OID操作原語設(shè)計

虛擬OID提供一種代理端的計算功能。虛擬OID的值把虛擬OID下的paramOID和paramValue中的參數(shù)，代入valExpression中求得。參數(shù)paramOIDsTable是代理中已經(jīng)存在的OID變量，它可以是原始OID變量或者其他虛擬OID變量。參數(shù)paramValuesTable是計算虛擬OID值時用到的常量。valExpression是計算虛擬OID值的表達式，為減少表達式的長度和計算的速度，valExpression用后輟表達式表示計算方式。valExpression中的4位段格式如圖2所示。valExpression可以為多個字節(jié)，valExpression被分成多個4位段，每個4位段表示一個操作數(shù)或一個運算符，每段開始的第1位為0表示運算符，為1表示操作數(shù)。運算符的第2位~第4位表示運算符的類型代碼，0000表示valExpression結(jié)束，共有321種運算符，運算符代碼見表1。valExpression中的操作數(shù)的第2位表示操作數(shù)類別標志位，為0表示后面剩下的2位為常量參數(shù)的序號，為1表示后面剩下的2位為OID參數(shù)的序號。后綴表達式中沒有括號，只需從左向右掃描一遍表達式就可計算其值。它的計算流程如圖3所示。

3.1虛擬OID原語協(xié)議數(shù)據(jù)單元設(shè)計

為了實現(xiàn)虛擬OID功能，提供2個對虛擬OID操作的原語，分別為AddVirtualOID和RemoveVirtualOID。AddVirtualOID是向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器代理中添加一個虛擬OID，RemoveVirtualOID是從傳感器代理中刪除一個虛擬OID，它們的具體定義如下：(1)AddVirtualOID操作原語。AddVirtualOID操作原語是用于向虛擬MIB表中添加虛擬的OID定義。AddVirtualOID原語的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)定義如下：(2)RemoveVirtualOID操作原語。RemoveVirtualOID操作原語的功能正好和AddVirtualOID操作原語的功能相反，它是用于刪除虛擬MIB表中的某個虛擬OID定義。在刪除過程中，只用標識出要刪除的虛擬OID即可。RemoveVirtualOID操作原語的PDU定義如下：}