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无线传感器网络中间件综述[J]. 计算机科学技术学报, 2008, 23(3): 305-326.
引用本文: 无线传感器网络中间件综述[J]. 计算机科学技术学报, 2008, 23(3): 305-326.
Miao-Miao Wang, Jian-Nong Cao, Jing Li, Sajal K. Das. Middleware for Wireless Sensor Networks: A Survey[J]. Journal of Computer Science and Technology, 2008, 23(3): 305-326.
Citation: Miao-Miao Wang, Jian-Nong Cao, Jing Li, Sajal K. Das. Middleware for Wireless Sensor Networks: A Survey[J]. Journal of Computer Science and Technology, 2008, 23(3): 305-326.

无线传感器网络中间件综述

Middleware for Wireless Sensor Networks: A Survey

  • 摘要: 研究背景和动机 对于无线传感器网络中间件的研究动机,源于上层应用需求和下层基础结构之特征间的矛盾。具体地讲就是:一方面,基于无线传感器网络的普适计算应用对于系统灵活性、可复用性、可靠性等需求日益增加;而另一方面,无线传感器网络的有限资源约束、动态结构、复杂嵌入式操作系统和硬件编程接口等特征为满足上述需求带来了阻碍。无线传感器网络中间件可以从多个方面解决上述矛盾。首先,它提供了系统抽象,屏蔽了底层硬件和网络平台的复杂性、异构性,使得程序的开发者可以更加专注于应用逻辑,而不再需要了解底层的实现细节。其次,它提供了可以被重用的服务,例如:代码更新服务、数据过滤服务等。使得开发者可以灵活地部署应用而不需要重复开发复杂繁琐的功能模块。最后,它提供有效的资源管理和维护、系统集成监控方法,从而增强了应用执行的可预测性。虽然中间件已经是一个比较成熟的研究课题,但是,由于诸多原因,传统的中间件技术并不能被直接应用于无线传感器网络领域。例如,大部分传统分布式系统中间件技术都旨在提供屏蔽上下文信息的系统抽象,但是无线传感器网络应用经常需要上下文信息。又如,虽然许多移动计算中间件是下文敏感的,但是那些研究的主要关注点在于如何为移动的节点本身提供连续的服务。然而,无线传感器网络系统研究关注点在于如何在有节点移动的情况下,为整个上层应用提供连续的服务。又如,在无线传感器网络中,数据可以在中间节点聚集和融和。传统的分布式系统中间件的数据服务没有对这个性质的良好支持。再如,因为无线传感器网络中间件需要运行在资源有限的传感器节点上,所以它必须是轻量级的。总之,对于无线传感器网络的研究,是一个新的有意义的课题。 本文的创新点 近年来,涌现了很多对于无线传感器网络中间件的研究工作。这些研究的目的和角度各不相同。现有的综述文章仅从不同的侧面总结了当前该领域的研究成果。它们有的着重讨论了不同的编程范例,有的着重讨论了不同的中间件运行时支持,有的着重讨论了某一个类型的服务。它们没有给出一个统一的无线传感器网络中间件参考模型,也没对一些重要的实现技术的给予归纳和总结。这篇综述概括了近期无线传感器网络中间件研究领域的主要工作。和现有的相关综述文章相比较,它有如下优势:首先,它提出了无线传感器网络中间件体系结构参考模型。模型清晰地定义了无线传感器网络中间件的关键组成部分及其之间的关系。其次,它详细地回顾和探讨了现有研究工作中涉及到主要的方法、关键实现技术和挑战性问题。再次,它提出了基于特征树的分类框架,用以表述无线传感器网络中间件的特征和这些特征之间的关系。并且,它给出了基于该特征树的对于现有工作的分类结果,从而帮助读者进一步理解和把握该领域的研究现状。最后,它总结了值得关注的问题,展望了该领域的研究前景和研究方向。

     

    Abstract: Wireless Sensor Networks (WSNs) have found more and more applications in a variety of pervasive computing environments. However, how to support the development, maintenance, deployment and execution of applications over WSNs remains to be a nontrivial and challenging task, mainly because of the gap between the high level requirements from pervasive computing applications and the underlying operation of WSNs. Middleware for WSN can help bridge the gap and remove impediments. In recent years, research has been carried out on WSN middleware from different aspects and for different purposes. In this paper, we provide a comprehensive review of the existing work on WSN middleware, seeking for a better understanding of the current issues and future directions in this field. We propose a reference framework to analyze the functionalities of WSN middleware in terms of the system abstractions and the services provided. We review the approaches and techniques for implementing the services. On the basis of the analysis and by using a feature tree, we provide taxonomy of the features of WSN middleware and their relationships, and use the taxonomy to classify and evaluate existing work. We also discuss open problems in this important area of research.

     

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