无线传感网络协议分析技术分析与实现

林春雷

随着最近这几年不断发展的社会整体经济情况，加上不断扩大应用范围的网络技术手段，令人们的日常生活当中网络得到了非常普遍的应用。同时经济水平的发展和进步也令科学技术有了飞速的发展。它们融合起来，令人类社会逐渐踏上信息时代的道路。在这样的环境下，传感器也成为了人们获得信息比较主要的技术手段，它的发展速度也渐渐地不断提升。无线传感技术是一种新的网络手段，能够显著拉动社会发展水平。因此，在本文当中将立足于无线传感的技术，分析其在目前社会环境下的发展情况以及实际应用。

【关键词】网络协议分析 无线传感技术 实现

无线传感技术在军事领域、生产行业、环保事业、医疗卫生行业等方面都有非常广泛的实际应用，和传统的网络模式不同，无线传感网络较好地融合了处理信息、传感器、网络通讯等技术，而这也就成为目前信息科学领域当中新的探索方向。所以为了可以有效地促进传感器技术有更好的实际应用，对其进行研究是非常重要的。

1 在无线传感网络当中所包含的关键性技术分析

伴随着最近这几年有关人员针对无线传感网络进行技术研究的深入和发展，我们可以发现，就阶段性发展角度而言，可以把无线传感的网络技术分成以下两个不同的阶段：其第一阶段忠实于借助微电子科技来对形态比较小的一些节点设备予以设计；第二阶段则主要针对传感网络自身所存在的一些问题以及未来发展可能会出现的一些问题予以关注以及研究。

就各个阶段的发展情况而言，针对无线传感网络系统自身展开研究的时候，研究人员必须要从三个角度入手进行分析，借助比较全面、充分的对网络管理以及和网络相关协议等技术了解的过程来对该网络体系进行全面理解。同时，借助对目前的传感网络的发现状况和专家学者对于网络支撑技术的研究状况而言，其主要的研究点大多都是集中在和时间保持同步、定位两项技术点上。另外，目前在实际的生产和生活当中，针对无线传感网络体系进行实际应用的过程当中的情况，作为工作人员，必须要去完成的工作就是正确处理并妥善管理传感设备采集的信息和数据；同时，就存储以及信息数据整理的角度而言，因为无线传感网络是分布形态的数据库，因此，它对数据进行管理的形式也和数据库管理基本一致。

2 如何系统实现

2.1 监测节点

就实际应用情况而言，监测节点需要具备监听频道设置、监听数据资料包以及转发数据包三个功能。

例如，Telosb节点当中IEEE802.15.4协议在2.4GHz频段当中每间隔5Hz就会设置一个频道，总共有16个不同的频道，使用11到26进行代指。想要令射频模块在频道K当中工作需要把节点寄存器FSCTRL.FREQ设置为FSCTRL.FREQ=357+5（k-11）。检测工作者需要对频道数值予以串口数据包结构封装起来，之后发送至监测节点当中。监测节点在接受到数据包之后进行解封装提，取频道数值，同时设置频道。

CC2420射频芯片处于默认模式下，仅仅接收目的地址为目前节点（或者广播）的数据包，且需要把接收模式设成混杂模式。TinyOS 2.x提供在Makefile配置文件当中设置选项CC2420-NO-ACKNOWLEDG EMENT，能够令CC2420顺利接受其可以接受得到的数据包；同时，设置选项CC2420-NO-ADDRESS-RECOGNITION，回应数据包不发送；TOSH-DATA-LENGTH选项使用在接收数据包最大长度的设置。

监测节点所抓取到的数据包会被封装于串行数据包当中，监测工作站所接受到的数据包会依照串口数据包的结构进行数据负载部分提取，并予以分析。TinyOS 2.x串口通讯使用的是主动消息模式，而串行数据包则使用和HDLC基本相似的编码形式，0x7E为定界符、0x7D为转义符。串口数据包的主要结构为“定界符→协议→序列号→包格式解析字段→负载部分→CRC→定界符”。

2.2 监测工作站

大部分监测工作站的软件均使用VisualC++进行开发，为了能够支撑协议扩展，使用XML Schema标准来进行协议数据包结构的定义。针对新协议或者是用户自拟协议，用户仅需对协议定义文件当中结构描述的部分进行修改就能够对其进行有效的解析处理。以下内容为ZigBee2007协议定义文件当中的Mac层数据包当中的一个片段，如图1所示。

在整个协议当中，均由系列层layer所构成，其中每个层又都是由字段field所构成，字段长度均可以使用表达式或者是数值进行描述。比方说在协议文件当中DestPANID长度因目前数据包当中的DestAddres sin gMode字段值所决定，字段引用使用@作为开头，同时以所在层的开始层次型路径字符串进行表示。在XML当中upperLayer节点为上下两层间的切换，结合switchBegin以及switchLength属性值来进行上层数据区比特数值预取，之后结合数值进行上层XML节点跳转，继续予以解析。

2.3 协议文件预处理

因实际环境当中需要同时对多节点收发数据予以监听，因此解析效率也成为了对用户体验产生影响的重要因素。XML文件解析效率比较低，且协议文件当中含有很多公式，在公式当中含有路径字符串所体现出来的字段，同时在解析的过程当中也经常会有依照字段层次路径字符串来获取字段值的具体操作步骤，假如每次进行一个数据包的获取都要重新依照XML定义对逐个字段予以解析，将会造成极大的延迟。

为了能够切实有效地提升解析的效率，在启动系统的时候可以预先进行协议文件的加载，具体可以分成以下两个阶段，即XML文件分析以及预处理。

（1）将XML文件當中每个节点（Layer、Field）均加载至内存，进而转化内存对象，之后依照XML定义构建起对象层次关系。

（2）为每个字段分配协议字段号，和字段路径之间构建起哈希映射。针对同样的具体数据包，相同路径字段值仅出现一次，并不会发生歧义。

（3）在分析数据的时候需要建立起协议字段号和数据包字段号映射。

（4）公式当中，参数使用对应字段协议自短号进行替换，同时编译为逆波兰式在字段属性当中进行存放。

3 结语

总的来说，无线传感作为一种全新的现代化网络技术手段，它会在未来社会当中赢得比较广泛的实际应用空间，同时还可以深入人类社会生活当中，为人们提供方便。这种发展趋势令很多国家相关研究机构和高校均已经展开了针对性的研究分析。结合当前的实际情况而言，我国在该领域和发达国家间并没有存在非常显著的差异，因此，这项技术对于国家发展而言有非常重大的实际意义。

参考文献

[1]卢良进，徐向华，童超.无线传感网络协议分析技术研究与实现[J].传感技术学报，2009（12）.

[2]吴义三.无线传感网络协议分析技术研究与实现研究[J].湖北函授大学学报，2016（01）.

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[4]刘兆伟，杨波，张远，等.无线传感器网络路由协议研究分析[J].信息技术与信息化，2008（05）.

作者单位

海南师范大学 海南省海口市 571127