基于传感网络的中间件设计方法

1、概述
中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。
传感器网络中间件是面向传感器网络的部署及应用开发构建的通用中间件平台。它包含一个支持多应用的运行环境和一系列标准化系统服务，如数据聚合、控制和管理策略以及自适应能量有效机制等。该方法可以简化传感器网络设计的复杂度，并解决传感器网络实现中的种种限制和挑战问题，为传感器网络的研究、应用和开发提供一个高效节能、可扩展和安全的开发方法和平台。
传感器网络中间件平台的设计目标是实现一个基于异构传感器网络的开发管理平台，应用开发者可以基于传感器网络中间件快速地开发和部署相关应用，而无需了解传感器网络底层的具体技术实现。传感器中间件为应用用户提供统一的系统级视图，并且屏蔽所有的底层复杂处理的操作。
本文设计并实现了一种传感器网络中间件平台系统。该平台可以为传感网络应用开发者提供统一的开发接口和视图，屏蔽传感器网络的底层实现技术，并支持用户对异构传感网络的部署、管理与应用。
2、传感网络中间件的体系架构设计
传感网络中间件的设计目标很清晰。简单说，就是为了实现上层应用开发的灵活性，为上层应用提供统一的数据查询和网络状态监测等服务，屏蔽底层物理传感网络及相关协议的细节。同时，作为中介角色，弥合底层传感网络异构性所带来的数据格式和通信接口上的差异，将上层应用的数据查询及网络监测等服务请求转换为传感网络能够理解的形式，并取得相关反馈。
中间件体系的设计决定了中间件的功能、使用范围、灵活性、可扩展性、可实施性以及具体的性能指标（包括数据的处理能力、处理延迟、稳定性、安全性等）。因此，开展该方向研究的首要工作内容就是要设计一个完善、合理的体系结构，本文采取一种“从两端到中间”的设计思路，如图1：
中间件分为三层，三个层次分别是上层应用API及服务接口、中间件服务层以及底层物理网络接口。通信模块负责处理中间件不同部署方式下的通信链路维护。其中，中间件服务层中具体的功能模块划分和模块之间的关联关系决定了中间件的功能模型。
3、传感网络中间件部署模式
有了基本的传感网络中间件体系结构和功能模型，还不能清晰勾画出中间件在传感网络应用开发中的角色和作用，不能提供一个完整的基于中间件的传感网络应用开发方案。为了实现这些目标，必须明确中间件的部署模式。部署方式，决定了中间件的主要功能实体的分布和中间件内部层次及功能模块之间的通信形式及基本流程。
从灵活部署和易于实现的角度出发，采用基于SensorNode（感知节点）－SinkNode（Sink节点）－Gateway（网关）－ControlSite（控制节点）－Applicatioin（应用）的5级部署模型较为适合。中间件的各功能模块和层次模型可以根据应用的实际需要在上述5类实体上部署。不同的部署对于中间件的实现特别是通信模块的实现有不同的要求。
4、传感网络中间件的基本功能模型
无论是从上层应用还是从底层传感网络的角度来看，作为一个承上启下的角色，传感网络中间件最为基本、关键的功能无外乎以下三类：传感数据管理功能、传感网络管理功能和通信功能。在图2所示的传感网络体系结构框架基础上，我们对传感网络中间件的功能进行了细化，初步制定了如图所示的基本功能模型。
为此，需要针对这三大基本功能模块开展深入的研究，并基于研究结论不断丰富和完善整体的传感网络中间件体系结构。
5、结语
本文设计了传感器网络中间件，为下一步大规模实现应用服务提供了支撑和保障。结合现在已有的部分应用服务，证明此中间件设计方法具有很好的扩展性和维护性。