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无线传感器网络拓扑监控与维护 　　摘 要：以ZigBee协议为基础，提出了一种新的无线传感器网络拓扑结构的监控和维护方法。创新性地设计了基于叶子节点的通讯模式，该模式运用协议栈自有运行流程来获取节点的加入或丢失信息、实现网络拓扑的监控，并通过设计一种基于关联表的链表式存储结构来进行动态网络拓扑的维护。经过在实际办公环境监控平台上验证表明，该方法数据传输量小，资源占用少，操作简便，具有较强的应用推广价值。 　　关键词：无线传感器网络；ZigBee；拓扑结构；监控与维护 　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)04-0032-06 　　 　　Topology monitoring and maintaining method for wireless sensor network 　　YU Xue-ting, CHEN Lan, LI Ying 　　( Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Scieneces, Beijing 100029, China) 　　Abstract: This paper proposes a new wireless sensor network topology monitoring and maintenance methods based on ZigBee stack. An innovative scheme to monitor the network topology is designed in order to get a nodes joining or losting information with the protocol stack’s own process, which uses leaf nodes communication. The paper also designs a chain storage structure based on the associated list for maintaining dynamic network topology. Experiment on the actual office environment monitoring platform shows that the method costs small amount of data transfer, consumes little resources with easy operation, which is valuable to apply. 　　Key Words: Wireless Sensor Network; ZigBee; Topology; Monitoring and Maintenance 　　 　　0 引 言 　　随着无线传感器网络技术在军事、工农业、城市管理、环境监控等各个领域的快速发展，作为系统基础组成部分的网络拓扑结构成为研究的一个重要方面。目前，国内外的科研机构在网络拓扑发现以及拓扑的监控和管理方面开展了大量的相关研究工作，但大多停留在理论和仿真层面，这些通过在高性能的PC机上搭建仿真模型来验证算法效果的研究，大多缺乏能够应用到实际系统的可行性案例。安徽财经大学的赵涛[1]，根据在聚合节点（sink）收集到网络内部节点报文接收或丢失的情况，通过发现网络中所有叶子节点到sink 节点的数据传输路径，来推测网络的逻辑拓扑。该方法计算比较复杂，120节点规模网络在主频为2.8 GHz的CPU主机上运行尚需9秒的时间，同时会受到节点资源、计算速度、实施条件等限制，因此，这种方法很难在实际应用中实现。德州仪器(TI)公司的官方网站也给出了一种获取网络拓扑结构的方法[2]，该方法采用发送网络发现命令的方式，并通过返回结果来确定网络拓扑结构。此法虽然能够在实际应用中实施，但需要定期向网络中的所有节点发送发现命令，因而数据消耗量巨大。 　　本文以Z-stack协议栈为基础，采用叶子节点通讯方式，并利用协议自身的运行流程，提出了一种轻量数据消耗、真正面向应用的拓扑监控方案，同时通过设计一种基于关联表的链式存储结构来实现对网络拓扑信息的维护，因而在解决网络监控与维护方面更具有实际应用价值。 　　1 Z-stack协议栈原理简介 　　作为ZigBee联盟的一个重要的组织成员，2007年，TI公司宣布推出业界领先的ZigBee协议栈Z-Stack。Z-Stack符合ZigBee 2006规范，能支持多种平台，其中包括本系统使用的、面向IEEE 802.15.4/ZigBee的CC2430片上系统解决方案[3]。