无线传感器网络技术综述

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1、无线传感器网络综述摘要:无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。因其巨大的应用前景而受到科学界越来越广泛的重视。本文介绍了无线传感器的定义、体系结构以及特点，并着重分析了无线传感器网络研究的一些关键问题，最后探讨了无线传感器网络的应用前景以及发展方向。关键字:无线传感器网络；体系结构；关键技术；应用一、无线传感器网络的定义无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。二、无线传感器网络的原理利用各种类型的敏感元件构成的传感器，分布于需要覆盖的领域内，组成传感器节点

2、，用于收集数据，并且将数据路由送至信息收集节点“Sink”，信息收集节点与信息处理节点通过广域网将数据送至地面监控中心进行统计分析和处理，并对监测结果进行综合评估。三、无线传感器网络的体系结构3.1无线传感器网络的系统构架无线传感器网络的系统构架如下图1-1所示，通常包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(sinknode)和管理节点，即无线传感器网络的三个要素是传感器、感知对象和观察者。3.2传感器节点的结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图1-2所示。在软件设计方面，

3、各通信协议都应该以节能为中心，必要时可以牺牲一些其他的一些网络性能指标，以获得更高的电源效率。图1-2无线传感器网络节点结构3.3无线传感器网络的体系结构无线传感器网络的体系结构由分层的网络通信协议、网络管理平台以及应用支撑这三个部分组成，如下图1-3所示。分层的网络通信协议结构类似于传统的TCP/IP协议体系结构，由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。物理层的功能包括信道选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等。数据链路层的主要任务是加权物理层传输原始比特的功能，使之对上层显现一条无差错的链路。网络层的主要功能

4、包括分组路由、网络互连等。传输层负责数据流的传输控制，提供可靠高效的数据传输服务。网络管理技术主要是对传感器节点自身的管理以及用户对传感器网络的管理。四无线传感器网络的定位方法无线传感器网络一般采用5种测距方法：1)测时测距法(TOA)，包括双向测距和单向测距；2)差分测时测距法(TDOA)；3)信号强度测距法(SSR)；4)近场区电磁测距法(NFER)；5)角度测量法(AOA)。为了获得较高的公交车定位精度，公交信息采集系统中拟采用一种基于TOA的双向测距技术[1]。五、无线传感器网络的特点5.1集感知、处理、传输为一体。

5、无线传感器网络节点是集传感器（感知部件）、处理器单元（例如AMR7、8680等）、短距离无线通信模块（例如RFM公司的TR1000、Zigbee传输单元等）于一体的综合系统。5.2硬件资源有限。节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。5.3电源容量有限。网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。其特殊的应用领域决定了使用过程中，不能给电池充电或是换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用（死亡）。5.4无中心。无线传感器网络中没有严格的控制中心，所以节点地位平等，是

6、一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。5.5自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。5.6多跳路由。网络中节点通信距离有限，一般在几百米范围内，节点只能与它邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由选择。5.7动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动：一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络

7、运行：一个节点也能由于工作的需要而被添加到网络中。5.8节点数量众多，分布密集。为了对一个区域执行检测任务，往往有成千上万传感器节点空投到该区域。传感器节点分布非常密集，利用节点之间高度连接性来保证系统的容错性和抗毁性。六、无线传感器网络研究热点6.1能量问题。在多数情况下，传感器网络中的节点都是由电池供电，电池容量有限，使得节点的生存时间也受到限制。如果网络中节点因为能量耗尽不能工作，则会带来网络拓扑的改变以及路由的重新建立等问题。6.2跨层设计问题。设计一个传感器网络，使其在不同应用下都能保持最优的性能是非常困难的。目前

8、，研究者忽略了各层之间的相互联系。带来了灵活性差、效率不高等缺点。因此，在传感器网络中，需要采用自适应的跨层优化协议，从而可以在能量受限的情况下，满足应用的高吞吐量、低延迟等要求。6.3安全问题。由于采用的是无线传输信道，传感器网络存在窃听、恶意路由、消息篡改等安全问题。因传感器节点通信距