无线传感器网络综述

摘 要：近些年来,无线传感器网络的巨大前景使得其受到了学术界和工业界越来越多的关注,已经成为科学研究领域的前沿课题之一.本文对无线传感器的基本概念和涉及的研究方向进行了基本的介绍,并针对无线传感器网络,提出了自己的观点与看法.

关 键 词 ：无线传感器网络；网络应用；网络管理

中图分类号：U28 文献标识码：A

现在广泛应用的传感器是由许多体积小、低廉、用电池供电的具有无线通信功能和检测能力的传感器节点组合而成的.无线传感器网络涉及了传感技术、嵌入式计算技术以及无线通信技术等多个领域的内容,成为了当前国际上关注度较高的、多学科交叉的研究热点.无线传感器网络可以通过各个微型传感器之间的相互协作,完成实时的监测和采集信息的任务,然后将汇总的信息以无线的方式发送出去,通过网络到达系统的终端用户处,从而在物理领域、计算机领域和人类社会三者之间建立联系.

无线传感器网络目前已经得到了广泛的应用.无论是在军事国防、工农业领域,还是在生物医疗、环境监测、抢险救灾领域,无线传感器网络都收到了良好的效果.现在国内外的学术界和工业界的很多人都把目光聚集在了无线传感器网络技术的进一步开发和利用上,无线传感器网络已经产生了巨大的使用价值,它被认为是将对21世纪产生重大影响的科技之一.

1.无线传感器网络的技术特点

1.1 无线传感器网络所使用的传感器耗能少、体积小、低、集成度高.无线传感器网络技术并不是简单的将原有的传感器通过无线网络连接在一起.微机电系统技术和低耗能电子技术的不断发展,成就了新型的传感器节点.这些新型节点耗能少、体积小、低,并且具有微型的传感器、执行器和处理器等多种功能部件.和以前的传统传感器相比,无线传感器网络节点的优势更加明显,具有能少、体积小、低、集成度高等传统传感器无法比拟的特点.

1.2 无线传感器网络的节点分布更为密集.无线传感器网络的一个重要特点就是在需要进行监测的范围内密集的放置数量较多的相同或是不同类型的传感器节点.通过这种密集的节点布置,可以将获取区域更详细的信息或是对统一对象获取多个角度的信息,然后将获取的大量信息进行处理,从而提高监测的精准程度,降低对单一传感器节点的精度要求.通过在监测区域设置了密集的节点,其中一部分节点并不必要,这些冗余的节点会产生一定的容错能力,从而降低了对某一个单一节点稳定性的要求.除此之外,密布的节点还可以让各个节点得到合理的休息和调整,从而延长整个无线传感器网络的使用寿命.

1.3 无线传感器网络采用的是自组织网络环境.无线传感器网络的自组织性质是由自身的特点所决定的.第一,无线传感器网络使用过程中往往没有固定的网络提供支持；第二,无线传感器网络的传感器较多,布置地点随机进行选择,其具体的相对位置关系无法提前确定；第三,传感器受外界环境或是自身因素影响,可能会出现失效情况,亦或是出于增加精度和弥补失效节点的目的,在监测中途增加补充一些新的节点,无线传感器网络处于一个动态的变化之中.由于以上所述的三点原因,无线传感器网络需要节点之间自动进行管理和调节,从而适应不断变化的各种环境,保证无线传感器网络整体工作的连续性与高效性.

2.无线传感器网络的发展历史

传感器网络已经经历了四代的发展.第一代的传感器网络诞生在上世纪70年代,使用的传感器具有简单的信号获取能力,通过点到点的传输方式,与控制器连接在一起,形成传感器网络；第二代的传感器网络功能得到了较大提升,可以获取多种不同的信息信号,通过串联或是并联接口与相应的控制器连接,从而构成一个能够接受多种综合信息的传感器网络系统；当传感器网络发展到第三代时,传感器不但可以收集各种不同的信息信号,还采用了现场总线连接的方式与控制器连接,形成了具有一定智能化的传感器网络.无线传感器网络目前还处于研发、探索阶段,它将是传感器网络的第四代产品.无线传感器网络应用的传感器数量大、功能多,并且能够获取多种信号,采用无线自组织接入网络,与传感器网络控制器连接.

无线传感器网络是一个整个兴起的传感器网络,正逐步受到各方面的关注.目前,美国的许多规模较大的IT公司开始通过与高等学校合作的方式,加大对无线传感器网络技术的研究工作.美国的许多著名高校也启动了相应的计划,在无线传感器网络方面开展深入的研究.我国对无线传感器网络的研究工作也在发展之中,从本世纪初,国家自然科学基金委员会就已经批准了大量有无线传感器网络有关的课题,国家发改委也出台了计划,对无线传感器网络的相关课题进行了专门部署.

3.无线传感器网络的研究与应用现状

目前无线传感器网络的研究主要是在通信、节能和网络控制三个领域,且都取得了一定的进展,为无线传感器网投入实际生产奠定了良好的理论基础.无线传感器网络具有成本低、耗能少的有点,这样就可以在一个很大的范围能进行分散布置,即便不利于是在不利于人类活动的地方,利用无线传感器网络技术都可以取得良好的工作效果,应用领域十分广泛.就目前我国的研究应用情况来看,无线传感器网络可以应用于军事、环境监测、医疗健康、空间探测、工业生产等领域.

4.无线传感器网络研究的热点和方向

4.1 通信协议.通信协议可分为三个研究方向：物理层通信协议、数据链路层协议、网络层协议和信息层协议.其中物理层主要研究传感器网络的传输媒体、频段选择、调制方式等,数据链主要研究网络拓扑、信道接入方式、混合结构和Mesb等多种结构.网络层协议主演研究路由协议,传输层协议的研究视为网络提供可靠的数据和恢复功能.

4.2 网络管理.网路管理主要分为两种：能量管理和安全管理.能量管理是为了减少节点的耗能,在不降低工作性能的基础上,对网络进行优化,平衡网络的能量消耗；安全管理主要关注的是无线传感器网络的安全问题,包括认证、防干扰信息等.

4.3 硬件资源.无线传感器网络的硬件发展方式向市微型化、低成本和新型能源.无线传感器网络微型化主要是要将使用节点的体积减小；降低成本则需要在不影响性能的基础上减少硬件花费；通过太阳能等新能源的开发利用,可以解决无线传感器网络发展中遇到的能源问题.