無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及路由策略研討

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及路由策略研討第一章緒論引言無線傳感器絡(luò) (WirelessSensorNetwork,WSN) 是近年來得到迅速發(fā)展和普遍重視的新型絡(luò)技術(shù), 它的出現(xiàn)和發(fā)展對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了極其深刻的影響。與傳統(tǒng)的絡(luò)技術(shù)不同, 無線傳感器絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)代無線通信技術(shù)、微型傳感器技術(shù)和絡(luò)技術(shù)有機(jī)地融為一體, 己經(jīng)是近幾年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn), 引起了世界上許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視【, 其應(yīng)用前景十分廣闊。無線傳感器絡(luò)的研究背景傳感器下的定義根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87是: “能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置, 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感

2、器是一種檢測(cè)裝置, 能感受到被測(cè)量的信息 , 并能將檢測(cè)感受到的信息 , 按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出 , 以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。而近年來對(duì)傳感器的需求越來越復(fù)雜 , 單個(gè)傳感器已經(jīng)基本不能滿足日益增長的復(fù)雜要求。 所以將多種傳感器構(gòu)建成絡(luò)己經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。傳感器絡(luò)通常是由許多空間分布的裝置組成的一種計(jì)算機(jī)絡(luò) , 這些裝置使用傳感器監(jiān)控不同位置的條件 ( 比如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物 ) 。通常這些裝置很小很便宜 , 以便可以大量制造和部署 , 因此它們的資源 ( 能源、存儲(chǔ)、計(jì)算速度和帶寬 )

3、 嚴(yán)重受限。每個(gè)裝置都具備一個(gè)無線電收發(fā)器、一個(gè)很小的微控制器和一個(gè)能源 ( 通常為電池 ) 。這些裝置互相幫助 , 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭慌_(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。傳感器絡(luò)是由一組傳感器以 AdHoc方式構(gòu)成的有線或無線絡(luò) , 其目的是協(xié)作地感知、采集和處理絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息 , 并發(fā)布給觀察者。對(duì)于傳統(tǒng)絡(luò) , 大部分是以有線方式構(gòu)建 , 這是因?yàn)橛芯€方式的傳輸帶寬寬 , 傳輸速度快 , 誤碼率低 , 構(gòu)建簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于傳感器來說并不重要 , 這是因?yàn)閭鞲衅鞯臄?shù)據(jù)速率低 , 要求帶寬窄 , 而誤碼率問題可以通過糾錯(cuò)與編碼方式降低。所以 , 在傳感器絡(luò)方面采用有線傳輸模式并不是最好的選

4、擇。 我們注意到傳感器是為了監(jiān)控不同位置的條件 , 比如溫度、聲音、振動(dòng) , 壓力、運(yùn)動(dòng)的信息 , 所以其安裝位置一般來說都是具有典型代表性的。特別對(duì)于一些特定環(huán)境中 , 例如古建筑、惡劣的污染環(huán)境 , 布線困難或者無法布線的情況 , 采用無線方式構(gòu)造傳感器絡(luò)是較為合適的。由于傳感器種類繁多 , 其數(shù)據(jù)特性也各不相同。所以構(gòu)造一個(gè)萬能的傳感器絡(luò)技術(shù)上非常復(fù)雜 , 代價(jià)也很高。因此構(gòu)造一些較小的 , 靈活的子絡(luò) , 再由這些子絡(luò)構(gòu)造一個(gè)大的絡(luò)成為較為通用的做法。 當(dāng)前無線傳輸設(shè)備小型化 , 低功耗化 , 使得無線傳感器絡(luò)的構(gòu)建成為可能。3無線傳感器絡(luò)的特點(diǎn)無線傳感器絡(luò)是一種獨(dú)立出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)絡(luò),它

5、的基本組成單位是節(jié)點(diǎn), 這些節(jié)點(diǎn)集成了傳感器、微處理器、無線接口和電源四個(gè)模塊。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)絡(luò)技術(shù)中業(yè)己成熟的解決方案可以借鑒到無線傳感器絡(luò)中來。但是基于無線傳感器絡(luò)自身的用途和優(yōu)點(diǎn), 開發(fā)專用的通信協(xié)議和路由算法已經(jīng)成為了當(dāng)前無線傳感器絡(luò)領(lǐng)域內(nèi)急待研究的課題。無線傳感器絡(luò)具有以下特點(diǎn)(1) 無線傳感器絡(luò)包括了大面積的空間分布 : 比如在軍事應(yīng)用方面 ,可以將無線傳感器絡(luò)部署在戰(zhàn)場(chǎng)上跟蹤敵人的軍事行動(dòng) , 智能化的終端可以被大量地裝在宣傳品、子彈或炮彈殼中 , 在目標(biāo)地點(diǎn)撒落下去 , 形成大面積的監(jiān)視絡(luò)。(2) 源受限制 : 絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源是有限的 , 絡(luò)大多工作在無人區(qū)或者對(duì)人體有傷害的

6、惡劣環(huán)境中 , 更換電源幾乎是不可能的事 , 這勢(shì)必要求絡(luò)功耗要小以延長絡(luò)的壽命 , 而且要盡最大可能的節(jié)省電源消耗。(3) 絡(luò)的自動(dòng)管理和高度協(xié)作性 : 在無線傳感器絡(luò)中 , 數(shù)據(jù)處理由節(jié)點(diǎn)自身完成 , 這樣做的目的是減少無線鏈路中傳送的數(shù)據(jù)量 , 只有與其他節(jié)點(diǎn)相關(guān)的信息才在鏈路中傳送。以數(shù)據(jù)為中心的特性是無線傳感器絡(luò)的又一個(gè)特點(diǎn), 由于節(jié)點(diǎn)不是預(yù)先計(jì)劃的, 而且節(jié)點(diǎn)位置也不是預(yù)先確定的 , 這樣就有一些節(jié)點(diǎn)由于發(fā)生較多錯(cuò)誤或者不能執(zhí)行指定任務(wù)而被中止運(yùn)行。為了在絡(luò)中監(jiān)視目標(biāo)對(duì)象, 配置冗余節(jié)點(diǎn)是必要的 , 節(jié)點(diǎn)之間可以通信和協(xié)作 , 共享數(shù)據(jù) , 這樣可以保證獲得被監(jiān)視對(duì)象比較全面的數(shù)據(jù)。(4) 以數(shù)據(jù)為中心 : 在無線傳感器絡(luò)中 , 人們只關(guān)心某個(gè)區(qū)域的某個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的值 , 而不會(huì)去關(guān)心具體某個(gè)節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)要求傳感器絡(luò)的