无线传感器网络概述.pdfVIP

无线传感器网络概述

信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部

分，其中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，没有它就没有信息的传

输、处理和应用，信息化也就成了无水之源、无本之木。随着现代微电子技术、微

机电系(MEMS．Micro-Electro-MechanismSystem)、片上系统SoC(System-on-Chip)、

纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的

迅猛发展，传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化，进

而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要和最基本的技术之一。

随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式

构成网络，借助节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、

声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤

成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象．在通信方式上，

虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率

通信技术最适合传感器网络使用，为明确起见，一般称做无线传感器网络

(WSN．WirelessSensorNetwork)。本书所讨论的主要内容也仅限于此范畴．也就

是说我们继承目前大多教研究者普遍接受的既成事实WSN的的定义：大规模，无线、

自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络．其中的节点是同构的、成本较低、

体积较小，大部分节点不移动，被随意撒布在工作区域，要求网络系统有尽可能长

的工作时间。

1.1传感器网络体系结构

1.1.1传感器网络结构

传感器网络系统通常包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(sinknode)和

管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域(sensorfield)内部或附近，能够

通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行

传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，

最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和

管理，发布监测任务以及收集监测数据。

传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相

对较弱，通过携带能量有限的电池供电。从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传

统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要

对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成

一些特定任务。目前传感器节点的软硬件技术是传感器网络研究的重点。

汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感器网络与

Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的

监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具有增强功

能的传感器节点，有足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测

功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。

1.1.2传感器节点结构

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。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换处理器；模块负责

控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；

无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；

能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。

1.2传感器网络的特征

1.2.1与现有无线网络的区别

无线自组网(mobilead-hocnetwork)是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线

通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管

理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。通常节点具有持续的能量供给。

传感器网络虽然与无线自组网有相似之处，但同时也存在很大的差别。传感器

网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至

上万），节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环

境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是

固定不动的。另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都