基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計文獻綜述

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1、文獻綜述基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計1前言傳感器已被廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)以及家庭設(shè)施中。傳統(tǒng)意義上傳感器間通常電纜與計算機或顯示器相連，有線連接雖然可靠性好但其制造工藝復(fù)雜且不易變動。傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用單點測量,無法給出被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)準確數(shù)據(jù),不能滿足精確測量的要求。同時對于布線和電源供給困難的區(qū)域、人員不能到達的區(qū)域(如受到污染、環(huán)境惡劣的地區(qū))和一些臨時場合(如發(fā)生自然災(zāi)害時)等傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集變得難以實現(xiàn)[1]。近年，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通信和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，推動了低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（WirelessSensorNet

2、work）的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點在于低成本、結(jié)構(gòu)改變快、操作靈活。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺，能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，以實現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)的目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究具有很廣泛的應(yīng)用前景：軍事偵察、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)療護理、工業(yè)自動化和商業(yè)應(yīng)用等。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究是還有必要的。2主題2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（簡稱WSN，wirelesssensornetworks）是綜合了傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技、，嵌入式計算機技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等各種先

3、進現(xiàn)代技術(shù)，通過各類集成化微型傳感器協(xié)作能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，并將采集到的這些信息以無線自組多跳網(wǎng)絡(luò)方式傳輸?shù)接脩艚K端的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。WSN能以最低的成本、最大的靈活性連接任何有通訊需求的終端設(shè)備，進行數(shù)據(jù)采集和指令發(fā)送，具有一定的移動和動態(tài)調(diào)整的能力。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是目前信息科學(xué)領(lǐng)域中一個活躍的研究分支，其經(jīng)歷了三個階段：智能傳感器、無線智能傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。智能傳感器是傳感器中嵌入計算能力，使傳感器節(jié)點不僅具有數(shù)據(jù)采集能力，且具有濾波和信息處理能力[2]；無線智能傳感器是在智能傳感器的基礎(chǔ)之上增加了無線通訊能力，大大延長了傳感器的感知觸角，降低了傳感器的工程

4、實施成本；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到無線智能傳感器中，使傳感器不再是單個感知元件而是能夠交換信息和協(xié)調(diào)控制的有機結(jié)合體，必將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有許多個工能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成，每一個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器、存儲器）、通信模塊（無線收發(fā)器）和供電模塊（電池、能量轉(zhuǎn)換器）[2，3]，如圖1所示。通信模塊數(shù)據(jù)處理和控制模塊數(shù)據(jù)采集模塊供電模塊傳感器A/D轉(zhuǎn)換器存儲器微處理器無線收發(fā)器能量轉(zhuǎn)換器電池圖1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的結(jié)構(gòu)圖2.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展歷程1996年，美國UCLA大學(xué)的Will

5、iamJKaiser教授向美國國防部提交的“低能耗無線集成微型傳感器”揭開了現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的序幕。1998年,UCLA大學(xué)的又一名教授GregoryJPottie從網(wǎng)絡(luò)研究的角度重新闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)意義。在其后的十余年時間里，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步得到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界乃至政府（國防軍事）的廣泛關(guān)注，進而成為軍事、城市交通、建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、復(fù)雜機械監(jiān)控、智能家居、大型工業(yè)園區(qū)安全監(jiān)測等眾多領(lǐng)域中具有競爭力的應(yīng)用技術(shù)之一。第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)于20世紀70年代，采用具備簡單信息信號獲取和處理能力的傳統(tǒng)傳感器和點對點傳輸、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)

6、，采用串并口與傳感控制器相連，構(gòu)成能獲取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)于20世紀90年代后期，使用具有智能獲取各種信息信號能力的傳感器，采用現(xiàn)場總線方式連接傳感控制器，構(gòu)成智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)。目前正處于研究開發(fā)階段的第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)，使用具有多功能和多信號獲取處理能力的無線智能傳感器，采用自組織無線接入網(wǎng)絡(luò)，與傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[4]。2.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀中國現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究幾乎是與發(fā)達國家同步啟動的，最早記錄在1999年中國科學(xué)院發(fā)表的《知識創(chuàng)新構(gòu)成試點領(lǐng)域方向研究》的研究報告中。此后，于2001年中國科學(xué)院成立了微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心以與

7、其內(nèi)部相關(guān)單位一起共同推動傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。從2002年開始，中國國家自然科學(xué)基金委員會便開始部署傳感器相關(guān)課題。其中值得一提的是中國工業(yè)與信息化部在2008年啟動的“新一代寬帶移動通信網(wǎng)”的國家級重大專項的第六個子專題“短距離無線互聯(lián)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”[5]是專門針對傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而設(shè)立的，大大推進了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展?，F(xiàn)今，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無論在國防安全還是國民經(jīng)濟諸方面均有著廣泛的應(yīng)用