無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)方法

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1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)方法摘要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。從無(wú)線傳感器的概念出發(fā)，概括介紹了其發(fā)展歷程及節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。介紹了目前該技術(shù)的研究重點(diǎn)及各領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)每一方向的發(fā)展給出了展望。網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)仿真工具的模擬試驗(yàn)，本文又對(duì)目前應(yīng)用在無(wú)線傳感器領(lǐng)域的仿真工具發(fā)展?fàn)顩r給予了概要說(shuō)明。最后，結(jié)合目前該技術(shù)的發(fā)展，給出了應(yīng)用空間。unispace$KX2g8gG{Z關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)unispace%i5v@P)

2、g!W%~*m-W1．1基本概念w+X.O.Vu`A0???無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN，wirelesssensornetworks)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息通過(guò)無(wú)線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通。-G

3、u'u+Oil&@%Y0unispacenC
i)Dd_hze???WSN以最少的成本和最大的靈活性，連接任何有通信需求的終端設(shè)備，采集數(shù)據(jù)，發(fā)送指令。若把WSN各個(gè)傳感器或執(zhí)行單元設(shè)備視為“豆子”，將一把“豆子”(可能100粒，甚至上千粒)任意拋撒開(kāi)，經(jīng)過(guò)有限的“種植時(shí)間”，就可從某一?！岸棺印蹦抢锏玫狡渌魏巍岸棺印钡男畔?。作為無(wú)線自組雙向通信網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)絡(luò)能以最大的靈活性自動(dòng)完成不規(guī)則分布的各種傳感器與控制節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)，同時(shí)具有一定的移動(dòng)能力和動(dòng)態(tài)調(diào)整能力。unispace

4、i9i)C9g'b.Whunispace"~Qk$VI"tR1．2WSN的發(fā)展歷程@'bg7@
YRr0???無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的下一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。最早的代表性論述出現(xiàn)在1999年，題為“傳感器走向無(wú)線時(shí)代”。隨后在美國(guó)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議上，提出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是下一個(gè)世紀(jì)面臨的發(fā)展機(jī)遇。2003年，美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被列為第一項(xiàng)未來(lái)新興技術(shù)。同年，美國(guó)《商業(yè)周刊》未來(lái)技術(shù)專版，論述四大新技術(shù)時(shí)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列人其中。美國(guó)《今

5、日防務(wù)》雜志更認(rèn)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，將引起一場(chǎng)劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的變革。2004年(IEEESpectrum)雜志發(fā)表一期專集：傳感器的國(guó)度，論述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和可能的廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)計(jì)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，將對(duì)人們的社會(huì)生活和產(chǎn)業(yè)變革帶來(lái)極大的影響和產(chǎn)生巨大的推動(dòng)。dt^Q)k:~8ap:kR;l2P0c1S"v%v7Z$sas0???無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是從傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始的，傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了如圖1所示的發(fā)展歷程。/]_:nt*VL'E)

6、{W0unispace0HIrys3Da???第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代。使用具有簡(jiǎn)單信息信號(hào)獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有獲取多種信息信號(hào)的綜合能力，采用串，并接口(如Rs-232、RS-485)與傳感控制器相聯(lián)，構(gòu)成有綜合多種信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)；第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代后期和本世紀(jì)初，用具有智能獲取多種信息信號(hào)的傳感器，采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接傳感控制器，構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)；第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)正

7、在研究開(kāi)發(fā)，目前成形并大量投入使用的產(chǎn)品還沒(méi)有出現(xiàn)．用大量的具有多功能多信息信號(hào)獲取能力的傳感器，采用自組織無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，與傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接，構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文所介紹的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是指第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)。2WSN的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu):uAb,F/v1n02．1傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)unispacec#Vy@G;~X???如圖2，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成包括如下4個(gè)基本單元：傳感單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成)、處理單元(包括CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)

8、等)、通信單元(由無(wú)線通信模塊組成)以及電源。此外，可以選擇的其他功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。2．2傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)y8wB:q']u(g0???在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)飛機(jī)布撒或人工布置等方式，大量部署在被感知對(duì)象內(nèi)部或者附近，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式實(shí)時(shí)感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的信息，并通過(guò)多跳網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)經(jīng)由Sink節(jié)點(diǎn)(接收發(fā)送器)鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的信息傳送到遠(yuǎn)程控制管理中心．反之，遠(yuǎn)程管理中心也可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和操縱