無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述.doc

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1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述摘要:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。因其巨大的應(yīng)用前景而受到科學(xué)界越來越廣泛的重視。本文介紹了無線傳感器的定義、體系結(jié)構(gòu)以及特點，并著重分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一些關(guān)鍵問題，最后探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景以及發(fā)展方向。關(guān)鍵字:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；體系結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理利用各種類型的敏感元件構(gòu)成的傳感器，分布于需

2、要覆蓋的領(lǐng)域內(nèi)，組成傳感器節(jié)點，用于收集數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)路由送至信息收集節(jié)點“Sink”，信息收集節(jié)點與信息處理節(jié)點通過廣域網(wǎng)將數(shù)據(jù)送至地面監(jiān)控屮心進行統(tǒng)計分析和處理，并對監(jiān)測結(jié)果進行綜合評估。三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架如下圖1-1所示，通常包括傳感器節(jié)點(sensornode)＞匯聚節(jié)點(sinknode)和管理節(jié)點，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素是傳感器、感知對象和觀察者。1-1.3.2傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無

3、線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成，如圖1-2所示。在軟件設(shè)計方面，各通信協(xié)議都應(yīng)該以節(jié)能為小心，必要時可以犧牲一?些其他的一?些網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，以獲得更高的電源效率。傳感器模塊處理器模塊無線通倍模塊處理器傳感器AC/DCZZZZ網(wǎng)絡(luò)二MAC二收發(fā)器/I?IIfII1*

4、4fl'「丨存儲器網(wǎng)絡(luò)管理接口應(yīng)用層時間同步定位傳輸層傳輸控制網(wǎng)絡(luò)層路由數(shù)據(jù)鏈路層MAC拓撲控制服務(wù)質(zhì)量安全/移動/能量網(wǎng)絡(luò)管理物理層聲.光、電、磁圖1-2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)3.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系

5、結(jié)構(gòu)由分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理平臺以及應(yīng)用支撐這三個部分組成，如下圖1-3所示。應(yīng)用服務(wù)接口網(wǎng)絡(luò)管理平臺網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議圖1?3?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。物理層的功能包括信道選擇、無線信號的監(jiān)測、信號的發(fā)送與接收等。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是加權(quán)物理層傳輸原始比特的功能，使之對上層顯現(xiàn)一條無差錯的鏈路。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能色括分組路由、網(wǎng)絡(luò)互連等。傳輸層負責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，提供可靠高效的數(shù)據(jù)傳

6、輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)主要是對傳感器節(jié)點自身的管理以及用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。四無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位方法無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般采用5種測距方法：1）測吋測距法（TOA）,包括雙向測距和單向測距;2）差分測吋測距法（TDOA）；3）信號強度測距法（SSR）；4）近場區(qū)電磁測距法（NFER）；5）角度測量法（AOA）o為了獲得較高的公交車定位精度，公交信息采集系統(tǒng)屮擬采用一種基于T0A的雙向測距技術(shù)山。五、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點5.1集感知、處理、傳輸為一體。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是集傳感器（感知部件）、處理器

7、單元（例如AMR7、8680等）、短距離無線通信模塊（例如RFM公司的TR1000、Zigbee傳輸單元等）于一體的綜合系統(tǒng)。5?2硬件資源有限。節(jié)點由于受價格、體積和功耗的限制，其計算能力、程序空間和內(nèi)存空間比普通的計算機功能要弱很多。5?3電源容量有限。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由電池供電，電池的容量一般不是很大。其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域決定了使用過程屮，不能給電池充電或是換電池，一旦電池能量用完，這個節(jié)點也就失去了作用（死亡）。5?4無中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屮沒有嚴(yán)格的控制屮心，所以節(jié)點地位平等，是-?個對等式網(wǎng)絡(luò)。

8、節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行,具有很強的抗毀性。5?5自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。5.6多跳路由。網(wǎng)絡(luò)屮節(jié)點通信距離有限，一般在兒百米范I韋I內(nèi)，節(jié)點只能與它鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍Z外的節(jié)點進行通信，則需要通過屮間節(jié)點進行路由選擇。5?7動態(tài)拓撲。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可以隨處移動：一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或

9、其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運行：一?個節(jié)點也能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。5?8節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集。為了對一?個區(qū)域執(zhí)行檢測任務(wù)，往往有成千上刀傳感器節(jié)點空投到該區(qū)域。傳感器節(jié)點分布非常密集，利用節(jié)點之間高度連接性來保證系統(tǒng)的容錯性和抗毀性。六、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點6.1能量問題。在多數(shù)情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò)屮的節(jié)點都是由電池供電，電池容量有限，使得節(jié)點的生存吋間也受到限制。如果網(wǎng)絡(luò)屮節(jié)點因為能量耗盡不能工作，則會帶來網(wǎng)絡(luò)拓撲的改變以及路由的重新建立等問題。6.2層設(shè)計問題。設(shè)計一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，使