對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本認(rèn)識(shí)

1、網(wǎng)絡(luò)傳感器是以嵌入式微處理器為核心，集成了傳感器、信號(hào)處理器和網(wǎng)絡(luò)接口的新一代傳感器。與過去孤立、單一功能、單一檢測(cè)對(duì)象的傳統(tǒng)工業(yè)傳感器相比，當(dāng)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(luò)傳感器中，采用嵌入式技術(shù)和集成技術(shù)，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(luò)化傳感器成為硬件和軟件的結(jié)合體，根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷、決策、自動(dòng)修正和補(bǔ)償，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過對(duì)相關(guān)資料的了解，我對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一方向有了一些基本的認(rèn)識(shí)。我將暑假里閱讀的資料作了基本的分類處理： 1.網(wǎng)絡(luò)路由算法研究 2.數(shù)據(jù)管理和通信技術(shù) 3.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 5.網(wǎng)絡(luò)安全問題

2、 6.無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題 7.具體的應(yīng)用和設(shè)計(jì)實(shí)例每篇論文的研究重點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)都體現(xiàn)在它們的引言和結(jié)束語之中。有些基本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如zigbee、wi-fi和bluetooth，各種路由算法，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浞绞胶途W(wǎng)絡(luò)中信息的傳遞和分析，這些都是以后學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐的基本內(nèi)容和任務(wù)。以下是我對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的基本了解。一、無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)與體系結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多個(gè)功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的以數(shù)據(jù)為中心的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由感應(yīng)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(luò)傳感器通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，最終借助長(zhǎng)距離或者臨時(shí)建立的sink鏈路將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程中心進(jìn)行集中處理。二、無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是為了某個(gè)特定的需要而設(shè)計(jì)的，有著獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用背景，使它具有不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的諸多特點(diǎn)。 1、 網(wǎng)絡(luò)自組織性 無線網(wǎng)絡(luò)傳感器可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)不需要任何基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持下，由傳感器節(jié)點(diǎn)本身自組織形成網(wǎng)絡(luò)，包括網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)、管理等完全在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。2、 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定 一般網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)渥兓饕晒?jié)點(diǎn)的移動(dòng)造成的，而無線傳感

4、器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化主要由于可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和節(jié)點(diǎn)能量的耗盡造成的。3、 容錯(cuò)性、功能局限性 對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)數(shù)目多，安全性比較差，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有容錯(cuò)性；節(jié)點(diǎn)能量主要靠電池，但受到體積的限制，使得節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間等局限性表現(xiàn)非常突出。4、 網(wǎng)絡(luò)分布式特性 基站節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)了使用集中式的控制結(jié)構(gòu)，但是各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間，是一種無中心的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。5、 安全性問題嚴(yán)重 由于采用無線信道、有限電源、分布式控制等技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)更加容易受到被動(dòng)竊聽、主動(dòng)入侵、拒絕服務(wù)、剝奪睡眠、偽造等形式的各種網(wǎng)絡(luò)攻擊，而且傳感器節(jié)點(diǎn)往往直接暴露在外面，安全性很差。3、 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的

5、關(guān)鍵技術(shù)1、 節(jié)點(diǎn)定位 位置信息對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至關(guān)重要，沒有位置信息的數(shù)據(jù)毫無意義。大多節(jié)點(diǎn)定位分為兩個(gè)階段：第一，測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)到附近已知節(jié)點(diǎn)的距離：第二，通過這些參考距離，利用數(shù)學(xué)方法對(duì)未知節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算。2、 時(shí)間同步 時(shí)間同步的基本思想是：節(jié)點(diǎn)以自己的時(shí)鐘記錄事件，隨后用第三方廣播的基準(zhǔn)時(shí)間加以校正。這種同步機(jī)制應(yīng)用在確定來自不同節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)事件的先后關(guān)系時(shí)有足夠的精度。3、 路由技術(shù) 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層的路由技術(shù)是組網(wǎng)的基礎(chǔ)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信層的核心技術(shù)，非常重要。路由技術(shù)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，主要功能是尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)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(zhuǎn)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(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理資源受限的特點(diǎn)而采用的特定數(shù)據(jù)管理措施 。二者都是面向具體應(yīng)用的，只有面向具體應(yīng)用需求設(shè)計(jì)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(luò)安全 安全技術(shù)可以保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各層正常和正確的運(yùn)行，對(duì)于其它方面，以至于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有很重要的作用，其中對(duì)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(luò)安全主要集中在密匙管理、身份認(rèn)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(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域雖然

7、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時(shí)日，但是最近幾年，隨著計(jì)算機(jī)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(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：1、環(huán)境的監(jiān)測(cè)和保護(hù)隨著人們對(duì)于環(huán)境問題的關(guān)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(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)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(shí)驗(yàn)室研究人員曾經(jīng)將32個(gè)小型傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州大鴨島上的氣候，用來評(píng)價(jià)一種海燕巢的條件。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對(duì)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(yīng)用在精細(xì)農(nóng)業(yè)中，來監(jiān)測(cè)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(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)智能醫(yī)療房間，使用微塵來測(cè)量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢(shì)以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對(duì)老齡化社會(huì)的技術(shù)項(xiàng)目center for aging services technologies（cast）的一個(gè)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(shè)備中嵌入半導(dǎo)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(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險(xiǎn)研究的董事eric dishman稱，在開發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域。3、軍事應(yīng)用 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)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(xué)攻擊等多方面用途。美國(guó)國(guó)防部遠(yuǎn)景計(jì)劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學(xué)進(jìn)行智能塵埃傳感器技術(shù)的研發(fā)。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預(yù)測(cè)：智能塵埃式傳感器及有關(guān)的技術(shù)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(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險(xiǎn)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(shí)施安全監(jiān)測(cè)。也可以用在交通領(lǐng)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(dòng)化生產(chǎn)線等諸多領(lǐng)域，英特爾正在對(duì)工廠中的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，該網(wǎng)絡(luò)由40臺(tái)機(jī)器上的210個(gè)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(yùn)作條件。它可以大幅降低檢查設(shè)備的成本，同時(shí)由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題，因此將能夠縮短停機(jī)時(shí)間，提高效率，并延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。盡管無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會(huì)得到更大的應(yīng)用。小結(jié)無線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)是在傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜合性工程計(jì)術(shù)，是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，具有信息采集處理和傳輸?shù)裙δ?。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)今后必將是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它將遍布地球的每個(gè)角落，形成“數(shù)字地球”的基本骨架；遍布在工廠的每個(gè)角落，使工廠“智能化生產(chǎn)”；它也