對無線傳感器網(wǎng)絡的基本認識

1、網(wǎng)絡傳感器是以嵌入式微處理器為核心，集成了傳感器、信號處理器和網(wǎng)絡接口的新一代傳感器。與過去孤立、單一功能、單一檢測對象的傳統(tǒng)工業(yè)傳感器相比，當前的很多傳感器產(chǎn)品已經(jīng)具備了一定的智能和聯(lián)網(wǎng)能力。在網(wǎng)絡傳感器中，采用嵌入式技術和集成技術，使傳感器的體積減小，抗干擾性能和可靠性提高。微處理器的引入，使網(wǎng)絡化傳感器成為硬件和軟件的結合體，根據(jù)輸入信號進行判斷、決策、自動修正和補償，提高了控制系統(tǒng)的實時性和可靠性。通過對相關資料的了解，我對無線傳感器網(wǎng)絡這一方向有了一些基本的認識。我將暑假里閱讀的資料作了基本的分類處理： 1.網(wǎng)絡路由算法研究 2.數(shù)據(jù)管理和通信技術 3.網(wǎng)絡節(jié)點設計 5.網(wǎng)絡安全問題

2、 6.無線網(wǎng)絡的節(jié)能問題 7.具體的應用和設計實例每篇論文的研究重點和創(chuàng)新點都體現(xiàn)在它們的引言和結束語之中。有些基本的技術標準如zigbee、wi-fi和bluetooth，各種路由算法，網(wǎng)絡的拓撲方式和網(wǎng)絡中信息的傳遞和分析，這些都是以后學習和工程實踐的基本內(nèi)容和任務。以下是我對無線網(wǎng)絡傳感器的基本了解。一、無線網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡節(jié)點結構與體系結構 無線傳感器網(wǎng)絡由許多個功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成的以數(shù)據(jù)為中心的無線自組織網(wǎng)絡。每一個傳感器節(jié)點由感應模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、通信模塊和電源模塊等組成。 無線網(wǎng)絡傳感器通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。傳感器節(jié)點通常通過無人飛行器、火

3、箭等撒播，也可以通過人工布置的方式完成，以自組織形式構成網(wǎng)絡。各節(jié)點收集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過多跳中繼的方式路由至匯聚節(jié)點，最終借助長距離或者臨時建立的sink鏈路將整個區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠程中心進行集中處理。二、無線網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡的特點無線傳感器網(wǎng)絡一般是為了某個特定的需要而設計的，有著獨特的體系結構和應用背景，使它具有不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的諸多特點。 1、 網(wǎng)絡自組織性 無線網(wǎng)絡傳感器可以在任何時間、任何地點不需要任何基礎網(wǎng)絡設施的支持下，由傳感器節(jié)點本身自組織形成網(wǎng)絡，包括網(wǎng)絡的運行、維護、管理等完全在網(wǎng)絡內(nèi)部實現(xiàn)。2、 網(wǎng)絡拓撲結構比較穩(wěn)定 一般網(wǎng)絡中的拓撲變化主要由節(jié)點的移動造成的，而無線傳感

4、器網(wǎng)絡中的拓撲結構變化主要由于可移動節(jié)點的移動和節(jié)點能量的耗盡造成的。3、 容錯性、功能局限性 對于無線傳感器網(wǎng)絡，節(jié)點數(shù)目多，安全性比較差，因此整個網(wǎng)絡具有容錯性；節(jié)點能量主要靠電池，但受到體積的限制，使得節(jié)點的計算能力、存儲空間等局限性表現(xiàn)非常突出。4、 網(wǎng)絡分布式特性 基站節(jié)點與傳感器節(jié)點體現(xiàn)了使用集中式的控制結構，但是各個傳感器節(jié)點之間，是一種無中心的分布式控制網(wǎng)絡。5、 安全性問題嚴重 由于采用無線信道、有限電源、分布式控制等技術，網(wǎng)絡主機更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪睡眠、偽造等形式的各種網(wǎng)絡攻擊，而且傳感器節(jié)點往往直接暴露在外面，安全性很差。3、 無線傳感器網(wǎng)絡的

5、關鍵技術1、 節(jié)點定位 位置信息對于無線傳感器網(wǎng)絡應用至關重要，沒有位置信息的數(shù)據(jù)毫無意義。大多節(jié)點定位分為兩個階段：第一，測量未知節(jié)點到附近已知節(jié)點的距離：第二，通過這些參考距離，利用數(shù)學方法對未知節(jié)點位置進行計算。2、 時間同步 時間同步的基本思想是：節(jié)點以自己的時鐘記錄事件，隨后用第三方廣播的基準時間加以校正。這種同步機制應用在確定來自不同節(jié)點的監(jiān)測事件的先后關系時有足夠的精度。3、 路由技術 在無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構中，網(wǎng)絡層的路由技術是組網(wǎng)的基礎，是無線傳感器網(wǎng)絡通信層的核心技術，非常重要。路由技術負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡發(fā)到目的節(jié)點，主要功能是尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的最優(yōu)化

6、路徑，并將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉發(fā)。4、 數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)融合 數(shù)據(jù)融合是一種減少傳輸數(shù)據(jù)量，節(jié)省能量的策略 ，數(shù)據(jù)管理是為了針對無線傳感器網(wǎng)絡的物理資源受限的特點而采用的特定數(shù)據(jù)管理措施 。二者都是面向具體應用的，只有面向具體應用需求設計具體的數(shù)據(jù)融合算法和數(shù)據(jù)管理策略才可以最大限度的提高效率、節(jié)省能量。5、 網(wǎng)絡安全 安全技術可以保證無線傳感器網(wǎng)絡各層正常和正確的運行，對于其它方面，以至于整個網(wǎng)絡都有很重要的作用，其中對于保證數(shù)據(jù)新鮮性和有效性方面表現(xiàn) 最為明顯。目前，無線傳感器網(wǎng)絡安全主要集中在密匙管理、身份認證和數(shù)據(jù)加密方法、安全路由協(xié)議和隱私問題。4、 無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域雖然

7、無線傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模商業(yè)應用，由于技術等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計算機成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為有數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡的應用主要集中在以下領域：1、環(huán)境的監(jiān)測和保護隨著人們對于環(huán)境問題的關注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡的出現(xiàn)為隨機性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。比如，英特爾研究實驗室研究人員曾經(jīng)將32個小型傳感器連進互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州大鴨島上的氣候，用來評價一種海燕巢的條件。無線傳感器網(wǎng)絡還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響，監(jiān)

8、海洋、大氣和土壤的成分等。此外，它也可以應用在精細農(nóng)業(yè)中，來監(jiān)測農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。2、醫(yī)療護理無線傳感器網(wǎng)絡在醫(yī)療研究、護理領域也可以大展身手。羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目center for aging services technologies（cast）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏

9、病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事eric dishman稱，在開發(fā)家庭用護理技術方面，無線傳感器網(wǎng)絡是非常有前途的領域。3、軍事應用 由于無線傳感器網(wǎng)絡具有密集型、隨機分布的特點，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學進行智能塵埃傳感器技術的研發(fā)。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預測：智能塵埃式傳感器及有關的技術銷售將從2004

10、年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。 另外，無線傳感器網(wǎng)絡還被應用于其他一些領域。比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實施安全監(jiān)測。也可以用在交通領域作為車輛監(jiān)控的有力工具。此外和還可以在工業(yè)自動化生產(chǎn)線等諸多領域，英特爾正在對工廠中的一個無線網(wǎng)絡進行測試，該網(wǎng)絡由40臺機器上的210個傳感器組成，這樣組成的監(jiān)控系統(tǒng)將可以大大改善工廠的運作條件。它可以大幅降低檢查設備的成本，同時由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題，因此將能夠縮短停機時間，提高效率，并延長設備的使用時間。盡管無線傳感器技術目前仍處于初步應用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應用價值，相信隨著相關技術的發(fā)展和推進，一定會得到更大的應用。小結無線網(wǎng)絡傳感器技術是在傳感器技術、無線網(wǎng)絡技術、通信技術和嵌入式技術基礎上發(fā)展起來的一門綜合性工程計術，是一種全新的信息獲取和處理技術，具有信息采集處理和傳輸?shù)裙δ?。無線傳感器網(wǎng)絡今后必將是一個龐大的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它將遍布地球的每個角落，形成“數(shù)字地球”的基本骨架；遍布在工廠的每個角落，使工廠“智能化生產(chǎn)”；它也