物联网论文
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物联网应用论文:浅议物联网的应用与发展在当今科技飞速发展的时代,物联网(Internet of Things,简称IoT)正以惊人的速度融入我们的生活,并对各个领域产生着深远的影响。
物联网不仅仅是一个技术概念,更是一种能够改变我们生活方式、提升工作效率、推动社会进步的强大力量。
物联网简单来说,就是通过各种信息传感设备,如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程的信息,与互联网结合形成的一个巨大网络。
其目的是实现物与物、人与物之间的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
物联网的应用范围极其广泛,涵盖了工业、农业、交通、医疗、家居等众多领域。
在工业领域,物联网技术的应用大大提高了生产效率和质量控制。
工厂中的设备可以通过传感器实时监测运行状态,提前预测故障,实现预防性维护,减少停机时间。
同时,生产线上的产品可以通过物联网技术进行全程跟踪,确保质量可追溯。
例如,汽车制造企业可以通过在零部件上安装传感器,实时获取零部件的生产信息和质量数据,从而提高整车的质量和安全性。
农业领域也因物联网而发生了变革。
通过在农田中部署传感器,可以实时监测土壤湿度、温度、酸碱度、光照等参数,实现精准灌溉和施肥,提高农作物的产量和质量。
此外,物联网还可以用于农产品的溯源,让消费者了解农产品的生产过程,增加消费者对农产品的信任度。
交通领域是物联网应用的重要场景之一。
智能交通系统通过车辆上的传感器和路边的设备,实现交通流量的实时监测和调控,优化交通信号控制,减少拥堵。
同时,物联网技术还可以应用于车辆的自动驾驶和远程监控,提高交通安全和运输效率。
例如,公交车可以通过物联网技术实现智能调度,根据实时客流量调整发车频率和线路。
医疗领域中,物联网为医疗服务带来了更高的效率和质量。
患者可以佩戴智能手环等设备,实时监测生命体征,医生可以远程获取数据,及时进行诊断和治疗。
物联网概论论文一、引言物联网(Internet of Things,IoT)是当今科技领域中最具创新性和影响力的概念之一。
它正在改变着我们的生活方式、工作方式以及社会的运行方式。
简单来说,物联网就是将各种设备、物品通过网络连接起来,实现智能化的感知、控制和管理。
二、物联网的定义与概念物联网是指通过各种信息传感设备,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息,与互联网结合形成的一个巨大网络。
其目的是实现物与物、人与物之间的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
在这个网络中,每个物体都被赋予了一个独特的标识符,并且能够通过网络与其他物体或系统进行通信和交互。
这些物体可以是家用电器、交通工具、工业设备、医疗设备等等。
三、物联网的体系结构物联网通常由感知层、网络层和应用层三个主要层次组成。
感知层是物联网的基础,负责采集物理世界中的各种信息。
这一层包括各种传感器、射频识别(RFID)标签、摄像头等设备,它们能够感知温度、湿度、压力、位置等物理量,并将这些信息转换为数字信号。
网络层则承担着信息传输的任务,它将感知层采集到的数据传输到应用层。
这一层包括各种通信网络,如移动通信网络、卫星通信网络、互联网等。
应用层是物联网的最终目的所在,它对收集到的数据进行处理和分析,并为用户提供各种具体的应用服务。
例如,智能家居系统中的远程控制、智能交通系统中的交通管理、工业物联网中的生产监控等。
四、物联网的关键技术(一)传感器技术传感器是物联网中获取信息的关键设备。
它们能够将物理世界中的各种信号转换为电信号,为物联网提供了最原始的数据。
随着技术的不断进步,传感器的精度、灵敏度和可靠性都在不断提高。
(二)射频识别技术(RFID)RFID 技术通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
它广泛应用于物流、库存管理等领域。
(三)云计算技术物联网产生的海量数据需要强大的计算和存储能力进行处理和分析。
物联⽹⼯程的毕业论⽂物联⽹⼯程的毕业论⽂ 1物联⽹技术 物联⽹是把所有物品通过信息传感设备,按约定的协议,进⾏信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的⼀种⽹络[3]。
就⽬前科技发展⽔平来看,在建设⼯程管理中采⽤RFID这种物联⽹传感设备较为适合。
RFID即⽆线射频识别,是⼀种⽆线信息传感设备,通俗地讲就是电⼦标签。
⽬前最先进的RFID是采⽤热敏、光敏等材料,以智能化原件为核⼼,通过电⼦的⽅法存储信息,将物体与互联⽹连接,使物体主动感知并反馈信息,实现海量存储,达到智能化识别和管理的⽬的。
据统计,通过采⽤RFID能够帮助把失窃和存货⽔平降低25%,因不再需要⼈⼯查看进货的条码⽽节省劳动⼒成本。
2物联⽹技术应⽤于建设⼯程管理的平台 物联⽹技术以感知层、传输层、应⽤层为平台实现建设⼯程管理智能化。
建设⼯程管理涉及的信息量⼤、⾯⼴、琐碎,对建筑材料的全流程检测涉及⼤量时间与空间信息,对建筑物全寿命检测需要在建筑物每个主要承重构件上布置⼏个到⼗⼏个RFID。
因此,在建设⼯程信息管理中需要⼤量的传感器和庞⼤的数据存储与处理系统。
云计算的出现使得存储和处理数据的价格⼤⼤下降,传感器价格迅速下降,这使得在建设⼯程中⼤量使⽤传感器、实现建设⼯程管理智能化成为可能。
2.1感知层 感知层是指通过RFID采集信息,使物体携带⾃⾝信息并实现流动数据更新累加[4]。
在建筑材料全流程监控管理中,感知层采集的信息主要包括:建筑材料的产品信息,运输中形成的物流信息链,经⼿⼈员信息等。
在建筑物全⽣命周期检测中感知层主要采集的信息涉及主要承重构件的设计信息、验收情况、使⽤中检测信息等。
2.2传输层 传输层即⽹络传输技术,⽤于解决⽹络层的⽹络接⼊、传输、转化及定位等问题。
由于⽆线局域⽹具有⾼移动性、抗⼲扰、安全性能强、扩展能⼒强、建⽹容易、管理⽅便等诸多优点,⽽建设⼯程信息量⼤、施⼯环境复杂,考虑到要实现对建筑物全⽣命周期检测,应尽量采⽤较为先进的技术⼿段作为传输层,⽅便⽇后系统更新换代。
【荐】物联网应用论文物联网应用论文1前言近年来,物联网技术进入商业化应用阶段。
目前物联网技术不断与互联网、通讯等技术相结合,已被应用于工业自动化、商业自动化、交通运输、物流、供应链管理、公共信息服务等众多领域。
将整个仓库管理系统与物联网技术相结合,设计了基于物联网技术的智能仓储管理系统,以进一步探讨物联网技术在仓储管理中的应用。
为使仓储有效支持供应链上的其他环节,高效完成各种业务操作,削减库存支出,进一步降低物流费用,提高仓储效率及价值。
1关于目前现行仓储管理存在的问题随着仓储管理应用系统的深化使用,也渐渐显现出一些难以解决的问题。
①物资识别困难。
部分库房储存的物资种类较多,查找物资存放位置相当困难,即使找到物资,也需要做许多重复的登记工作。
②库房作业缺乏智能化。
在库房作业中,大部分企业还未将库房整个作业流程智能化,甚至部分业务还存在凭记忆或纸质单据来开展相关工作,很难保障业务的准确性,最终导致账物不符。
③物资信息难以实时猎取/更改。
以清仓查库作业为例,即使部分企业已采用二维码等相关技术应用于库房管理中,可以扫描识别物资,但由于环境及其他因素影响,不便利扫描,识别度不高,并且在清查库存物资时,假如该物资库存信息有误,则处理起来非常麻烦,信息不能即时更正,效率极其低下。
④大批量发货效率低下。
进行大批量发货时,清点器材无法快速完成,满意不了快速发货的要求[1]。
2关于物联网技术的优势物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按商定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
简洁地说,物联网就是“物物相连的互联网”。
一方面,它以互联网作为核心和基础;另一方面,它将互联网的用户端延长和扩展到了任何物品与物品之间的信息交换和通信上,是在互联网基础上延长和扩展的网络[2]。
3关于物联网技术对仓储管理的应用分析(1)通过射频识别(RFID)、二维码、各类传感器等技术和设备的综合应用,提高物资出入库过程中的识别率,可不开箱检查,并同时识别多个物资,提高出入库效率;有效提高了拣选与分发过程的效率与准确率,并加快配送的速度,削减人工,降低配送成本;(2)采用物联网一体化智能设备,结合先进的系统架构理念,缩减了盘点周期,提高数据实时性,实时动态把握库存情况,实现对库存物资的可视化管理;(3)综合运用物联网相关技术,改造现行业务管理流程,实现物资的标准化管理、精细化管理、全寿命管理、信息可追溯以及业务可优化的管理目标。
物联网技术课题研究论文(五篇)内容提要:1、物联网技术驱动数字油田建设思考2、智能图书馆中物联网技术的应用3、物联网技术下的智慧消防建设4、水产养殖物联网技术实际应用5、电力物资管理物联网技术应用全文总字数:20372 字篇一:物联网技术驱动数字油田建设思考物联网技术驱动数字油田建设思考[摘要]物联网技术已逐渐应用到各个行业,在现代工业、公共服务以及家庭生活等众多领域得到了渗透性发展,是驱动产业发展、促使传统产业转型升级的重要因素。
石油企业是一种传统的能源型企业,在现今的发展中急需进行数字化转型升级,降低生产成本,建设数字化油田。
[关键词]物联网技术;数字油田;数据驱动引言物联网是现代信息技术的重要组成部分,是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
目前,物联网的发展受到了世界各国的广泛关注,我国已经将其作为国家战略性发展的新兴产业之一,并将加强物联网建设作为促进各大油田发展的重要任务。
1数字油田的战略意义随着我国科学技术的不断发展,数字化技术不断应用到工业生产中。
只有掌握相关数据和技术,才能提升油田生产效率,有效控制生产过程中的成本。
石油行业担负了保障国家重要资源的任务,在新时代经济快速发展过程中,油田企业想要提升勘探、开采、处理以及消费全价值链效益,需要进行数字化油田建设。
现阶段,数字化油田是时代发展的必然趋势。
2005年,IBM (InternationalBusinessMachinesCorporation,国际商业机器公司)与挪威的石油公司率先开始了数字化油田建设,通过使用相关技术,感知地下油田的运行情况,促使其能够实现更加精准、快速地进行油田生产管理,提升油田生产寿命和质量。
数字油田系统打破了传统的油田工作开展方式,实现了油藏开发过程中的办公自动化运用,能够节省企业1/3的人力与财力,全方面提升油田管理工作水平,促进油田管理工作顺利开展。
2物联网在数字油田中的应用2.1支持密集型决策石油产业是一个资金技术投入密集的产业,可以借助先进的设备与技术,实现设备的有效管理与运行维护,实现精细化管理,提升投资回报率。
《物联网的应用和发展研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展,物联网(IoT)已经成为全球范围内广泛关注的技术领域。
物联网技术以其独特的优势,正在逐步改变着我们的生活方式,引领着新一轮的科技革命。
本文将探讨物联网的应用、发展及其未来的趋势。
二、物联网概述物联网是指通过信息传感设备,如射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统等,按照约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一个巨大的网络。
其核心在于通过将物理世界与数字世界深度融合,构建一个高度互联互通的智能化生态系统。
三、物联网的应用1. 智能家居:物联网技术在家居领域的应用日益广泛,通过智能家居系统,我们可以实现家电设备的远程控制、智能调节等,提高了生活的便利性和舒适性。
2. 工业制造:在工业制造领域,物联网技术可以实现设备的远程监控、预测维护和优化生产流程,提高生产效率和降低成本。
3. 医疗健康:物联网技术在医疗健康领域的应用也日益突出,如远程医疗、健康监测等,为人们的健康提供了更多的保障。
4. 交通物流:物联网技术可以实现对车辆和货物的实时跟踪和监控,提高交通物流的效率和安全性。
5. 农业领域:物联网技术可以实现对农田的智能化管理,包括土壤湿度、温度、光照等信息的实时监测和调整,提高农作物的产量和质量。
四、物联网的发展随着技术的不断进步和应用领域的拓展,物联网的发展呈现出以下几个趋势:1. 连接设备数量的快速增长:随着物联网技术的普及,越来越多的设备将接入互联网,形成一个庞大的物联网生态系统。
2. 数据驱动的决策:随着大数据和人工智能技术的发展,物联网将更多地用于驱动决策和优化流程。
3. 边缘计算的崛起:随着数据处理和分析需求的增加,边缘计算将逐渐成为物联网领域的重要技术。
4. 安全和隐私的挑战:随着物联网的广泛应用,数据安全和隐私保护将成为重要的研究领域。
五、未来展望未来,物联网将在更多领域得到应用,为人们的生活带来更多便利和效益。
物联网关键技术论文物联网概念在国内乃至全球都成为热潮,被称为继计算机、互联网后世界信息产业的第三次浪潮。
下面是小编精心推荐的物联网关键技术论文,希望你能有所感触!物联网关键技术论文一:浅谈物联网关键技术及其应用摘要:物联网概念在国内乃至全球都成为热潮,被称为继计算机、互联网后世界信息产业的第三次浪潮。
本文介绍了物联网的由来,阐述了物联网的概念,详细分析了物联网的关键技术,并对物联网的应用进行了探讨。
关键词:物联网;射频识别;传感器;无线网络中图分类号:TP391.44;TN929.51 物联网的概念2005年11月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。
2009年,美国总统奥巴马将物联网上升至美国国家战略,由此引发了世界各国对物联网的追捧。
由于世界各国都在投入巨资深入研究探索物联网技术,所以,时下的物联网被普遍认为与当年的“信息高速公路”一样,成为振兴经济、确立竞争优势的关键。
美国权威咨询机构FORRESTER预测,到2020年,世界上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30比1,因此,“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。
所有的迹象都表明,世界已经开始进入物联网时代。
物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信。
2 物联网的关键技术2.1 射频识别技术射频识别技术(Radio Frequency Identification,缩写RFID),是20世纪80年代发展起来的一种自动识别技术,利用射频信号及其空间耦合传输特性,实现对静态或移动物体的自动识别。
物联网技术论文15篇消防安全管理在物联网技术的信息化应用物联网技术论文摘要:物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分,随着社会和信息技术的发展,它必然会融入人们日常生活中的方方面面,促进生活的改善和优化,使得人们的生活越来越智能化。
尤其对于现代环境监测系统的建设,其建设的物联网监测系统对于节能型社会的发展,新时期环境保护以及国家实行节能减排都有巨大的促进作用,也使得现代经济得到持续、健康、稳定发展。
关键词物联网技术网络论文网络物联网技术论文:消防安全管理在物联网技术的信息化应用【摘要】消防信息化建设是消防安全管理的重要内容,在消防安全管理中,只有通过采用正确、及时的灭火措施,才能最大程度的保障人员的生命财产安全,物联网技术为消防信息化建设提供了新的发展方向。
因此,本文通过阐述了物联网技术的定义,联系实际,分析了物联网技术在消防信息化领域中的应用【关键词】消防安全管理;物联网技术;信息化应用物联网技术能够实现信息的智能收集与传递,不仅可以降低人为误操作带来的安全隐患,同时也可以提高消防工作效率,阻止火势的蔓延,保障人民群众的生命财产安全,加强消防信息化建设,就要在消防工作中利用物联网实现资源的有效整合与利用。
1物联网技术物联网技术是在互联网技术之上研发的一种先进的计算机技术,由于我国对物联网技术的研究较早,目前,物联网技术在各行各业中都有着广泛的应用,极大程度的促进了我国现代化建设。
物联网技术的技术核心是将网络技术做了延伸和扩展,将移动终端设备与互联网相连接,如全球定位系统、红外感应器、激光扫描仪等,通过移动终端设备实现信息的交换,达到智能监控与管理的目的,运营模式有M2M、SaaS等。
物联网以其智能化以及优越性在消防安全管理中有着重要的应用,尤其针对于高层建筑、高铁、地下建筑的消防安全管理有着更大的意义,更大的责任,只有加强消防信息化建设,才能有效的保障社会群众的生命财产安全,物联网在消防信息化中的应用主要表现在感知功能与传输功能上,通过手持机等移动终端设备来实现智能的感知功能,通过无线网络实现信息的传输功能,最终作用于消防系统中,另外,物联网技术还可以应用于消防事业管理,将数据导入到消防档案系统中,实现统一管理与消防的合理调度。
物联网技术论文15篇物联网技术论文1物联网是新一代信息技术的重要组成部分,是信息产业发展的第三个浪潮,被列入国家“十二五”规划专题。
电子商务这几年虽发展迅猛,但物流配送、产品质量、假货等问题制约了电子商务的发展,因此研究如何应用物联网技术解决这些问题具有重要的现实意义。
一、物联网简介1、物联网的定义物联网是指按约定的协议,通过各种信息传感设备,如射频识别(RFID)、光纤传感、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,将任何物品与互联网相连接起来,能实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2、物联网的典型特征(1)全面感知:通过装置在各类物体上的电子标签(RFID)、传感器等,实现对物体的全面感知。
(2)可靠传输:通过移动通信网、互联网、传感网等多种方式将感知的信息传送到处理中心。
(3)智能处理:强大的计算能力和数据存储能力,智能处理算法和模型。
3、中国物联网发展现状中国物联网的发展并不比其他国家落后,中国的物联网研究并没有盲目跟从国外,而是根据国家重大战略以及应用需求,积极开展基础标准体系等方面的研究,近年来,中国物联网在车辆管理、调度以及物流的物品运输、仓储、监测和食品药品溯源等方面得到了广泛的应用,形成了以应用为牵引发展特色,并在标准、技术、产业以及服务和应用等方面,已经接近国际水平。
中国物联网产业已进入了“百花齐放”的“应用启动”阶段,多地物联网产业发展重点突出“示范应用”。
二、电子商务发展中存在的问题1、信息不对称问题电子商务并不是面对面的交易,而是通过商品的标题、图片、宝贝描述来获取商品的信息,买家对于商品的认知取决于卖家的描述,若卖家不诚信,则造成买家对商品的认知产生偏差,卖家甚至可以利用掌握商品信息的主动权误导买家,如经营商发布虚假商品信息等,使得市场中出现了一些商品信息不对称的问题,网络消费者实际收到的商品往往和网上的商品介绍相去甚远。
2、物流问题物流是电子商务的最后一公里,是与消费者直接打交道的最接近的环节,物流服务的好坏直接影响电子商务的效果;但由于中国目前物流发展还较落后,没有形成高效的物流体系,多以第三方配送为主,而第三方的服务质量和水平会影响用户对商品的满意度,目前电子商务中投诉最多的是物流配送服务方面。
物联网结业论文(五篇模版)第一篇:物联网结业论文物联网结业论文姓名:王** 学号:*********** 学院:计算机学院班级:****** 手机:***********2016年6月18日物联网开启智能生活一、何为物联网物联网的概念并不是想象中的那么晦涩难懂,甚至你可以简单地把他理解成个体(广义)之间通过一个网络相互连接进行信息的共享与交换,同时通过云端服务器的强大计算匹配能力转化不同种类的信息转化与关联,从而实现人机交互的最终目的。
可以说物联网的灵感来源于当下流行的互联网,但其功能与效率将会比互联网更强大,在一些功能的实现过程中,物联网将会比现行互联网节省更多的资源,相应的也会节省更多的时间,实现更高的效率。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。
其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。
顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。
这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。
物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
物联网是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用。
因此,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。
根据国际电信联盟(ITU)的定义,物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing,T2T),人与物品(Human to Thing,H2T),人与人(Human to Human,H2H)之间的互连。
但是与传统互联网不同的是,H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接,从而使得物品连接更加的简化,而H2H是指人之间不依赖于PC而进行的互连。
因为互联网并没有考虑到对于任何物品连接的问题,故我们使用物联网来解决这个传统意义上的问题。
物联网课程大作业题目:物联网之我所见学生姓名:刘涛二级学院:软件工程学院专业:软件工程嵌入式班级: 14软嵌(3)班学号: 1412102089 提交日期:2015年5月18日目录引言 (1)无线传感器网络的关键技术 (4)网络拓扑控制 (5)网络协议 (6)网络安全 (2)定位技术 (3)无线传感器网络的重要性 (4)军事领域 (5)环境的监测和预测 (6)医疗护理 (2)其他用途 (3)1.引言随着微电子技术和MEMS技术的不断进展,作为信息获取最基本和最重要的技术——传感器技术,也得到了长足发展。
伴随着信息时代网络化的进程,传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化发展。
计算机技术的发展已经进入了后PC时代,后PC时代的一个特点就是推动了计算机从桌面系统和数据中心进入到物理环境中。
无线传感器网络(WSN)技术是在以上技术的进步的基础之上发展起来的,是一种集成了监测、控制和无线通信技术的网络系统。
传感器网络节点一般搭载一个或多个传感器,感知物理世界。
它采用多跳的传播和无基础设施组网,节点既是信息的采集和发出者,又充当信息的路由者,具有规模大、自组织、动态性、应用相关、以数据为中心等特点。
无线传感器网络不同于传统的无线网络:其一,无线传感器网络节点数目众多,一般没有全球唯一的网络标识符,传统的有线、无线网络中,每个节点都有唯一的地址用于路由。
传感器网络是以数据为中心,某些节点之间的路由是不需要的,所以无线传感器网络中不宜采用传统的路由协议。
其二,无线传感器网络中数据的流向是多对一的,需要的信息一般是来自一个区域,经过数据融合后,得到需要的信息,再传送到目的节点——sink 节点,由其统一交付给用户。
其三,传感器节点电能和存储容量都很有限。
由于在被观测对象内部或附近部署了大量的传感器节点,一个节点中收集的数据有可能和其他附近节点收集的数据存在因为这些传感器节点采集的数据是相同或相近的,即存在冗余信息,传输数据会消耗大量的节点能量,因而没有必要将这些数据全部发送给汇聚节点。
这就需要路由协议具有数据融合能力,以提高带宽利用率。
其四,无线传感器网络中的大部分节点不像传统的Ad hoc网络中的节点一样快速移动,因此没有必要花费很大的代价频繁地更新路由表信息。
由于是无线传输、电池供电、覆盖范围和节点生存期受到一定的限制。
一个现实问题是如何在远处从部署的无线传感器网络中提取数据,一种方法是连接WSN和现有的网络设施,包括国际互联网。
今天大部分网络使用的是IP协议作为其基本的技术,因此,如何实现把WSN和IP网络互联网成为了热门的研究课题。
因为WSN采用多跳的传播和无基础设施网组,在野外或战场等恶劣且偏远的环境中,在电力系统以及运营通信网络覆盖不到的地方,却往往是传感器网络大有用武之地,依靠计算机等功率较大的设备实现对野外目标探测传感器的实时监控并实现无线传感器网络的远程访问是不现实的,采用低功耗单片机或微控制器组成的系统,利用以太网供电技术可以在一定范围内拓展以太网的覆盖范围,延伸了WSN接入点的作用半径,成为具有实用和研究意义的课题。
2.无线传感器网络的关键技术无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点,涉及多科学交叉的研究领域,有非常多的关键技术有待发现和研究,下面仅列出部分关键技术。
2.1. 网络拓扑控制对于无线的自组织的传感器网络而言,网络拓扑控制具有特别重要的意义。
通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构,能够提高路由协议和MAC协议的效率,可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定基础,有利于与节省节点的能量来延长网络的生存期。
所以,拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。
传感器网络拓扑控制目前主要的研究问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下,通过功率控制和骨干网节点选择,剔除节点之间不必要的无线同喜链路,生成一个高效的数据转发的网络拓扑结构。
拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面。
功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率,在满足网络连通度的前提下,减少节点的发送功率,均衡节点单跳可达的邻居数目;已经提出了COMPOW等统一功率分配算法,LINT/LILT和LMN/LMA等基于节点度数的算法,CBTC、LMST、RNG、DRNG、和DLSS等基于邻近图的近似算法。
层次型的拓扑控制利用分簇机制,让一些节点作为簇头节点,由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网,其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块,进入休眠状态以节省能量;目前提出了TopDisc成簇算法,改进的GAF虚拟地理网格分簇算法,以及LEACH和HEED等自组织成簇算法。
除了传统的功率控制和层次型拓扑控制,人们也提出了启发式的阶段唤醒和休眠机制。
该机制能够使节点在没有事件发生时设置通信模块为睡眠状态,而在有事件发生时及时自动醒来并唤醒邻居节点,形成数据转发的拓扑结构。
这种机制重点在于解决节点在睡眠状态和活动状态之间的转换问题,不能够独立作为一种拓扑结构控制机制,因此需要与其他拓扑控制算法结合使用。
2.2 网络协议由于传感器节点计算能力、存储能力、通信能力以及携带的能量都十分有限,每个节点只能获取局部网络的拓扑信息,其上运行的网络协议也不能太复杂。
同时,传感器拓扑结构动态变化,网络资源也在不断变化,这些都对网络协议提出了更高的要求。
传感器网络协议负责使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络,目前研究的重点是网络层协议和数据链路层协议。
网络层的路由协议决定监测信息的传输路径;数据链路层的介质访问控制用来构建底层的基础结构,控制传感器节点的通信过程和工作模式。
在无线传感器网络中,路由协议不仅关心单个节点的能量消耗,更关心整个网络能量的均衡消耗,这样才能延长整个网络的生存期。
同时,无线传感器网络是以数据为中心的,这在路由协议中表现得最为突出,每个节点没有必要采用全网统一的编址,选择路径可以不用根据节点的编址,更多的是根据感兴趣的数据建立数据源的汇集节点之间的转发路径。
目前提出了多种类型的传感器网络路由协议,如多个能量感知的路由协议,定向扩散和谣传路由等基于查询的路由协议,GEAR 和GEM等基于地理位置的路由协议,SPEED和ReInForM等支持QoS的路由协议。
传感器网络的MAC协议首先要考虑节省能源和可扩展性,其次才考虑公平性、利用率和实时性等。
在MAC层的能源浪费主要表现在空闲侦听、接收不必要数据和碰撞重传等。
为了减少能量的消耗,MAC协议通常采用“侦听/睡眠”交替的无线信道侦听机制,传感器节点在需要收发数据时菜侦听无线信道,没有数据需要收发时就尽量进入睡眠状态。
2.3. 网络安全无线传感器网络作为任务型的网络,不仅要进行数据的传输,而且要进行数据采集和融合,、任务的协同控制等。
如何保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性以及数据传输的安全性,就成为无线传感器网络安全问题需要全面考虑的内容。
为了保证任务的机密布置和任务执行结果的安全传递和融合,无线传感器网络需要实现一些最基本的安全机制:机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播和安全管理。
除此之外,为了确保数据融合后数据源信息的保留,水印技术也成为无线传感器网络安全的研究内容。
虽然在安全研究方面,无线传感器网络没有引入太多的内容,但无线传感器网络的特点决定了它的安全与传统网络安全在研究方法和计算手段上有很大的不同。
首先,无线传感器网络的单元节点的各方面能力都不能与目前Internet的任何一种网络终端相比,所以必然存在算法计算强度和安全强度之间的权衡问题,如何通过更简单的算法实现尽量坚固的安全外壳是无线传感器网络安全的主要挑战;其次,有限的计算资源和能量资源往往需要系统的各种技术综合考虑,以减少系统代码的数量,如安全路由技术等;另外,无线传感器网络任务的协作特性和路由的局部特性使节点之间存在安全耦合,单个节点的安全泄露必然威胁网络的安全,所以在考虑安全算法的时候要尽量减少这种耦合性。
无线传感器网络SPINS安全框架在机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播方面定义了完整有效的机制和算法。
安全管理方面目前以密钥预分布模型作为安全初始化和维护的只有机制,其中随机密钥对模型、基于多项式的密钥对模型等是目前最有代表性的算法。
2.4. 定位技术位置信息是传感器节点采集数据中不可缺少的部分,没有位置信息的监测消息通常毫无意义。
确定事件发生的位置或采集数据的节点位置是传感器网络最基本的功能之一。
为了提供有效的位置信息,随机部署的传感器节点必须能够在布置后确定自身的位置。
由于传感器节点存在资源有限、随机部署、通信易受环境干扰甚至节点失效等特点,定位机制必须满足自组织性、健壮性、能量高效、分布式计算等要求。
根据节点位置是否确定,传感器节点分为信标节点和位置未知节点。
信标节点的位置是已知的,位置未知节点需要少数信标节点,按照某种定位机制确定自身的位置。
在传感器网络定位过程中,通常会使用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法确定节点位置。
根据定位过程中是否实际测量节点间的距离或角度,把传感器网络中的定位分类基于距离的定位和距离无关的定位。
基于距离的定位机制就是通过测量相邻节点间的实际距离或方位来确定未知节点的位置,通常采用测距、定位和修正等步骤实现。
根据测量节点间距离或方位时所采用的方法,基于距离的定位分为基于TOA的定位、基于TDOA 的定位、基于AOA的定位、基于RSSI的定位等。
由于要实际测量节点间的距离或角度,基于距离的定位机制通常定位精度相对较高,所以对节点的硬件也提出了很高的要求。
距离无关的定位机制无须实际测量节点间的绝对距离或方位就能够确定未知节点的位置,目前无须测量节点间的绝对距离或方位,因而降低了对节点硬件的要求,使得节点成本更适合于大规模传感器网络。
距离无关的定位机制的定位性能受环境因素的影响小,虽然定位误差相应有所增加,但定位精度能够满足多数传感器网络应用的要求,是目前大家重点关注的定位机制。
3.无线传感器网络的重要性无线传感器网络集成了传感器、微机电系统和网络3大技术,是一种全新的信息获取和处理技术。
它能够协作地实时监测感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息传送到需要这些信息的用户。
传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。
无线传感器网络系统可以被广泛地应用于军事领域、环境、科学、医疗、健康、空间探索、交通管理制造业反恐抗灾等领域。
3.1 军事领域由于无线传感器网络节点具有小巧、隐蔽性好、环境适应性好等特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,可以应用在侦查敌情、监控兵力、装备和物资等多方面用途。