浅谈无线网络传感器.pdf

浅谈无线网络传感器 1无线传感器网络的研究现状 无线传感器网络技术是一门交叉学科。涉及计算机、微电子、传感器、网络、 通信、信号处理等诸多领域，较多地将一些其他新技术融入其技术体系中。随着 许多相关新技术的发展，该技术也迅速地发展。 目前美国有许多大学有专门的课题研究小组在从事无线传感器网络的研究， 同时许多大型企业也投入巨资进行关于无线传感器网络产业化开发。欧洲、澳洲 和亚洲的一些工业化国家的高等院校、研究机构和企业也在积极进行无线传感器 网络的相关研究。 迄今为止，中科院的一些研究所，我国的部分高校如清华大学、国防科技大 学、哈尔滨工业大学、北京邮电大学、西北工业大学等开始对无线传感器网络的 基础理论、节点平台、操作系统和无线传感器网络的应用进行了较系统化的研究。 国家自然科学基金委员会从操作系统和无线传感器网络的应用进行了较系统化 的研究。国家自然科学基金委员会从2003年其开始设立了无线传感器网络相关研 究课题，国家 “863”项目、国家自然科学基金项目、个省区的自然科学基金项 目的课题中都有相当的比例是进行无线传感器网络研究的。总体上讲，我国的无 线传感器网络技术研究有待继续深化和拓宽应用的领域和范围；有待于产业界和 学术界的秘密合作，让研究和应用紧密结合起来，迅速推动无线传感器网络技术 的发展。 1 2无线传感器网络体系结构 （1）支持动态协议栈结构。这种体系结构是指允许应用程序根据应用环境和实 际需求动态加载协议栈，目的是解决节点资源有限的问题。 （2）层次性结构。该结构注重于代码的RJ重用性，从而节约相关的资源。 （3）自适应体系结构。自适应体系结构应用了信息交换服务的思想，将分立的 协议组件有机地连接，可以通过跨层设计的思想优化资源配置及应用，提高网络 的生命周期。 （4）可编程的体系结构。可编程的体系结构注重网内数据处理，通过数据共享 与融合，简化部分机制协议、算法，提高网络性能。 （5）自管理的和自恢复的体系结构。这种系统结构将传统的管理和服务功能融 为一体，提高了网络的工作效能。 （6）支持多任务的结构。支持多任务的体系结构在网络层和应用层引入了状态 层，根据网络环境及具体应用目的和应用需求对网络节点进行功能性划分。 （7）基于代理的体系结构。这种体系结构便于应用程序的设计，同时支持多功 能和多任务并采用代理的方式提高网络的可扩展性。 在进行无线传感器网络体系结构设计时 （1）对节点资源高效率的利用。 （2）支持网内数据处理。 （3）支持协议跨层设计。 （4）支持多协议。 （5）支持多种有效的资源发现机制。 （6）支持可靠的低延时通信。 在不同的应用环境中，无线传感器网络的组成是基本相同的，促各部分的实 现形式可以多种多样，如传输网络部分、网关节点部分和无线传感器节点等。无 线传感器节点一般由数据果集、数据处理、数据传输和电源组成。传感器网络节 点的组成如图所示。 2 传感器节点中各个单元模块的功能如下。 （1）传感器模块用于感知、获取被监测区域内的被监测对象的信息及相关的物 理量，将其转换为数字信号。不同的物理量及环境因素决定了传感器的类型。 （2）处理器模块并由嵌入式系统构成，用于处理存储传感器采集的信息数据并 负责协调传感器节点各部分的工作。处理器模块还具有控制电源工作模式的功 能，实现节能。处理器模块中还负责处理由其他节点发来的数据。 （3）电源模块为传感器中其他几个模块提供工作电源。在不同应用环境和不同 应用目的的情况下，电源模块可以采取多种灵活的组态。 （4）无线通信模块的基本功能是将处理器输出的数据通过无线信道及传输网络 传送给远程的监控中心。一般情况下，无线通信模块具有低功耗、短距离通信的 特点。 3 3无线传感器的网络特点 无线传感器网络 （简称wsN）是一门融合多种新科技并具有鲜明跨学科特点 的新技术。 无线传感器网络特点如下。 （1）自组织方式的组网。组网不依赖任何固定的网络设施，传感器节点通过分 布式网络协议形成自组织网络，能够自动调整来适应节点的移动、加入和退出， 网络中多个激活节点可以快速、自动地组成一个独立的网络。 （2）无中心结构。网络中所有节点地位对等，并构成一个对等式网络。节点可