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传感器网络的构想最早由darpa于上世纪70年代末提出,但
传感器网络的构想最早由DARPA于上世纪70年代末提出,但大规模研究的兴起是在2000年以后。在这个时候,无线传感器网络所涉及的微电机系统、嵌入式系统、微处理器、无线通信技术等都取得了巨大的进步,已经能够制造出体积小、重量轻的传感器节点。但近两年由于大规模实际应用的困难,这股研究热潮正在逐渐消退,研究人员正在重新审视它的应用设想,一部分研究力量开始转向物联网。目前传感器网络的研究重点不在各种具体的技术,而是应用。要寻找最适合它的应用,并建立实际的应用示范系统。
无线传感器网络概述
无线传感器网络是在自组网基础上发展起来的一项技术。不同于一般的通信网络,无线传感器网络的任务不是通信,而是要监视周围环境。
无线传感器网络由具有感知、计算及通信能力的一群微小节点组成。这些节点部署在要监视的区域中,采集指定的环境参数,如温度、振动、化学浓度等,并将数据发送到汇聚节点供分析。
传感器节点的特点
由于传感器网络常部署于地面,受地面障碍物、植被等干扰,无线通信的距离一般较短,通信干扰大,链路质量差,传输速率低。
可见,每个传感器节点的能力(资源)是非常有限的,单个传感器节点的作用很小,但是如果将大量这样的节点以适当方式组成网络,并将它们的输出有机地关联与融合,整个网络可提供远高于单个节点的强大功能。
传感器网络的特点
放置在野外环境的传感器节点很容易受恶劣环境影响而失效,或因为电池耗尽而死亡,而替换失效的节点往往不可能或代价很高,因此人们一般会在监视区域中放置大量的节点,通过节点的冗余部署来提高网络的生存能力和可用性。
以下各种原因都可能导致无线传感器网络的拓扑发生改变:(1)出于节能和减少传输冲突的考虑,传感器节点定期在工作状态和睡眠状态之间切换;(2)节点可能因故障、电源耗尽、链路中断等原因与其它节点断连;(3)网络中可能会补充一些新的节点;(4)部分节点具备移动的能力。由于传感器网络通常缺乏集中式控制机制,因此传感器节点必须具有自组织能力,能够自动完成网络的初始化过程并适应网络拓扑的改变。
大部分传感器节点靠电池供电,能量非常有限,而庞大的节点数目以及节点部署的环境(如野外、内嵌建筑物内)往往使得更换电池不可能,因此传感器节点的能量水平决定了网络的寿命。传感器节点微小的体积也导致了它的计算能力和存储容量很有限,不能进行复杂的计算和存储大量的数据,节点的无线通信带宽通常也只有几百Kbps。传感器网络中各种协议及算法的设计都必须以节能为第一要旨,其中特别重要的是要尽量减少网络中的通信量,因为通信消耗的能量最大。
部署无线传感器网络的目的是监视物理环境,从中获得用户感兴趣的信息,因此用户关心的是从网络中获取的信息而不是网络本身。以数据为中心是无线传感器网络区别于传统通信网络的最大特点。另外,为减少冗余传输、数据融合等需要,节点具有数据处理的能力,这也是不同于传统通信网络的特点。
应用相关也是传感器网络区别于传统网络的一个重要特点。传感器节点有限的能力及电源供应决定了传感器网络不适宜作为一个提供通用服务的网络系统,加上监视应用严格的实时性要求,传感器网络必须与特定应用紧密耦合才能设计出一个高效的应用系统。 因此,跨层设计在传感器网络中是一个必然的选择。
传感器网络与移动自组网的不同
虽然无线传感器网络在一定程度上类似于无线自组网,但是两者在规模、节点密度、网络拓扑及无线通信方式等方面有着很大的不同。
无线自组网的节点数量通常是几十或上百,而无线传感器网络的节点数目往往要高出好几个数量级,节点密度很大,而且容易受到环境影响。
无线自组网的拓扑变化主要由节点的运动引起,而传感器网络中的节点大部分是固定不动的,拓扑变化主要由节点的休眠调度、环境干扰或者节点故障引起。另外,和无线自组网中的节点相比,传感器节点的处理能力、存储能力和通信能力都十分有限。
所以,移动自组网中的协议与算法往往并不适合无线传感器网络。
传感器网络与移动自组网的不同
虽然无线传感器网络在一定程度上类似于无线自组网,但是两者在规模、节点密度、网络拓扑及无线通信方式等方面有着很大的不同。
传感器网络应用举例
小气候是指森林、城市、洞穴等局部地区的气候。红杉树非常高大,成熟的红杉树可以高达60-100米,树干直径巨大 。在加利福尼亚有一株远在耶稣诞生以前就生存于丛林之中的北美红杉树,年龄已超过2200年,树干直径达4米,单株材积700多立方米,可供建造30多幢农村住房。所以单棵红杉树就可以形成一个小气候,监视这个小气候可以得到森林气候的一个样本。
传统方法是将一套重约30磅的测量设备用绞车吊在树冠下,在不同的高度上测量和收集数据,每隔一定时间收集一次数据。这种方法只能在一个较短的时间内收集数
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