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無線傳感器網絡作為當今信息新的研究熱點
2014-4-17 閱讀(941)
無線傳感器網絡作為當今信息新的研究熱點
無線傳感器網絡作為當今信息領域新的研究熱點，綜合了傳感技術、微電子技術、網絡技術、無線通信技術、嵌入式技術、分布式計算處理技術等多種技術的交叉學科，涉及的范圍十分廣泛，因而相關的研究內容也十分豐富，目前世界各國均對其各方面開展了研究。
隨著微電子機械系統、功耗無線電通信技術、嵌入式計算技術、微型傳感器技術及集成電路技術的飛速發展和日益成熟，使得由大量低成本、低功耗、小體積、短距離通信多功能的微型傳感器通過無線鏈路自組織為無線傳感器網絡（WSN）成為現實。WSN已經廣泛應用于軍事、交通、環境監測和預報、衛生保健、空間探索等各個領域，在當前上備受關注，涌現了許多研究熱點領域。
1無線傳感器網絡的節點結構
傳感器節點的基本組成和功能包括如下幾個單元：傳感單元、處理單元、無線通信單元和供電單元等。此外，其他可以選擇的功能部分有定位系統、移動系統以及電源供電系統等。
傳感器單元由傳感器和數/模轉換模塊組成，用于感知、獲取監測區域內的信息，并將其轉換為數字信號；處理單元由嵌入式系統構成，包括處理器、存儲器等，負責控制和協調節點各部分的工作，存儲和處理自身采集的數據以及其他節點發來的數據；無線通信單元由無線通信模塊組成，負責與其他傳感器節點進行通信，交換控制信息和收發采集數據；供電單元通常采用微型電池，為傳感器節點提供正常工作所必需的能源。
2無線傳感器網絡的特點
人們一度認為成熟的Ad-hoc網絡機制和技術可以應用到無線傳感器網絡。但隨著深入的研究發現，無線傳感器網絡有的技術要求和應用目標明顯不同于Ad-hoc網絡。Ad-hoc網絡致力于為用戶提供高質量的數據傳輸服務，是以傳輸數據為目的；無線傳感器網絡將能源的使用作為首要設計目標，是以數據為中心。無線傳感器網絡具有許多區別于Ad-hoc網絡的*特征。
①規模大、密度高。無線傳感器網絡與Ad-hoc網絡不同，通常密集部署在大片的監測區域，為了獲取更、完整的信息，需要部署規模很大、密度很高的傳感器節點，以便通過大量冗余節點的協同工作來提高系統的工作質量。
②以數據為中心。在無線傳感器網絡中，終端用戶不會具體關心單個節點的監測數據，通常只關心某個區域內某個監測指標的數值。
③可靠性差。與Ad-hoc網絡相比，無線傳感器網絡節點出現故障的可能性要大得多。傳感器節點是通過隨機撒播的方式部署在的惡劣環境或無人區域，在無人值守狀態下工作，網絡維護變得十分困難。
④傳感器節點的能力有限。傳感器節點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能力都是十分有限的。
⑤與應用相關。無線傳感器網絡是通過感知客觀世界來獲取外界的信息。由于不同的應用關心的信息不同，使得無線傳感器網絡只能針對每一個具體的應用來開展設計工作，不能像Internet那樣有統一的通信協議平臺。由于應用的不同，無線傳感器網絡對網絡系統的要求也不同，硬件平臺、軟件系統和通信協議都會有很大的差異。
⑥動態變化快。無線傳感器網絡一般都在比較惡劣的環境下工作，不斷變化的外界環境，如突發事件、節點能量耗盡、無線通信鏈路斷續等，都會嚴重影響系統功能，這就要求傳感器節點調整自身的工作狀態及網絡的拓撲結構，以適應環境的變化。
3無線傳感器網絡的研究熱點
無線傳感器網絡作為當今信息領域新的研究熱點，綜合了傳感技術、微電子技術、網絡技術、無線通信技術、嵌入式技術、分布式計算處理技術等多種技術的交叉學科，涉及的范圍十分廣泛，因而相關的研究內容也十分豐富，目前世界各國均對其各方面開展了研究。
同時，無線傳感器網絡又有著工作環境較差、節點數目眾多、節點能量不易補充等特點，對它的研究又有著與一般網絡不同的要求。從體系結構上分，可分為基礎層研究問題、網絡層研究問題、數據管理與處理層研究問題、應用開發環境層研究問題、應用層研究問題。從功能上分，可分為能量節省問題、傳感器節點的定位問題、網絡組織管理問題、網絡傳輸問題、軟硬件設計與制造問題、信號的協作處理問題、網絡安全性問題等。
下面從功能的角度對各個熱點分別給予介紹。
3.1無線傳感器網絡的節點定位
無線傳感器網絡的節點通常是采用大炮發射、飛機撒播等隨機布置的方法部署到監測區域中的，因為無法預先確定節點部署后的位置，只能在部署完成后采用一定的方法定位。目前使用zui廣泛的定位方法是采用定位系統GPS。 由于數目眾多，在價格、功耗、適用范圍及體積等方面的制約，考慮到費用問題，每個節點都帶有定位系統是不現實的。一般采用的方法是使5%~10%的節點帶有GPS，這種節點稱為導標節點（beaconnodes）或錨節點（anchornodes），它們可以通過衛星來確定自身的位置。目前主要的研究方向是如何利用這些錨節點提供的位置信息和其他節點通信之間的約束，估算出普通節點的位置。定位問題除了定位本身的意義外，在路由選擇上也有很大的幫助。此外在移動機器人研制中也具有很重要的意義。
無線傳感器網絡作為當今信息新的研究熱點
