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收稿日期:2006-12-18 第一作者 杜林林 女 30岁 硕士研究生无线传感器网络系统综述杜林林1 张玺栋1 屠 东2(1.解放军理工大学通信工程学院,江苏南京21000;2.总参陆航部通信站,北京101123)摘 要:介绍了无线传感器网络的概念、几种主要的无线传感器网络协议,尤其是MAC 层协议的研究情况,给出了一些比较经典的无线传感器网络MAC 协议的思想。
关键词:无线传感器网络;Ad Hoc 网络;MAC 协议中图分类号:TN92 文献标识码:A0 引言无线传感器网络是由分布在给定局部区域内足够多的传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的(Ad hoc )网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者[1]。
每一个传感器节点具有一种或多种感知器(如声感应器、红外线感应器等),并具有一定的计算能力。
各节点之间通过专用网络协议实现信息的交流汇集和处理,从而实现给定局部区域内目标的探测、识别、定位与跟踪。
在传感器网络中,大量传感器节点被布置在整个观测区域中,各个传感器节点将所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合之后传送给用户,数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传送回基站,然后再通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给最终用户[2]。
传感器网络与其他传统的网络相比有一些独有的特点,比如,网络的节点数量大、密度高;节点有一定的故障率;节点在电池能量、计算能力和存储容量等方面有限制;网络的拓扑结构变化快;以数据为中心等等[3]。
这些特点甚至使得Ad hoc 网络的一些网络协议也不能不加变化地应用于无线传感器网络中。
无线传感器网络功能结构可归纳如图1[3],其中基础层以传感器集合为核心;(广义的)网络层以通信网络为核心;数据管理与处理层以传感器数据管理与处理软件为核心;应用开发环境层为用户能够在基础层、网络层和数据管理与处理层的基础上开发各种传感器网络应用软件提供有效的软件开发环境和软件工具;应用层由各种传感器网络应用软件系统构成。
无线传感器设计工作总结
无线传感器是一种能够感知和收集环境信息，并通过无线网络进行数据传输的设备。
在现代科技发展的背景下，无线传感器的应用范围越来越广泛，涉及到环境监测、智能家居、工业自动化等多个领域。
无线传感器的设计工作是一个复杂而又关键的环节，它直接影响着传感器的性能和稳定性。
在这篇文章中，我们将对无线传感器设计工作进行总结和分析。
首先，无线传感器的设计需要充分考虑其所处的环境和使用场景。
不同的环境对传感器的要求不同，比如在高温、高湿度或者强电磁干扰的环境下，传感器需要具备更高的稳定性和抗干扰能力。
因此，在设计过程中，需要对环境进行充分的分析和测试，以确保传感器能够正常工作。
其次，无线传感器的设计还需要考虑到其功耗和通信距离。
传感器通常需要长时间运行，因此功耗的控制至关重要。
同时，通信距离也是一个需要考虑的因素，特别是在一些较大的应用场景中，传感器需要能够稳定地进行数据传输。
另外，无线传感器的设计还需要考虑到其硬件和软件的配合。
硬件设计需要充分考虑到传感器的精度、灵敏度和稳定性，而软件设计则需要考虑到数据的采集、处理和传输。
这就需要硬件工程师和软件工程师之间的密切合作，以确保传感器的设计能够满足实际需求。
总的来说，无线传感器设计工作是一个复杂而又综合性很强的工作。
在设计过程中，需要充分考虑到环境、功耗、通信距离、硬件和软件等多个因素，以确保传感器能够稳定、可靠地工作。
随着无线传感器技术的不断发展，我们相信在未来会有更多的创新和突破，为各个领域带来更多的便利和效益。
无线传感器网络应用技术综述摘要：传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。
无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
通过总结相关方面的工作，综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用，并对具体应用的一些重要特性进行分析，在此基础上提出若干值得继续研究的方面。
关键词：无线传感器；网络应用一、无线传感器网络简介随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC(System on Chip)得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。
无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)，这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点(sensor)和接收器节点(sink)组成。
传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。
传感器网络以其低成本、低功耗的特点，在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用。
在本文中，对大量现有无线传感器和无线传感器网络的应用进行分析，从节点移动性、节点互联方式、网络数据规模、网络分层结构等方面进行分析和比较。
并在此基础上，提出若干值得继续研究的方面，为挖掘传感器网络新的应用打下基础。
二、无线传感器网络的特点目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、ad hoc网络等，与这些网络相比，无线传感器网络具有以下特点：（1）硬件资源有限。
节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
（2）电源容量有限。
网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
（3）自组织。
无线传感器网络的研究内容综述摘要：无线传感器网络具有广泛的应用前景，且能够实现多种功能，因而是当前学术研究的一个重点领域。
本文介绍了无线传感器网络的体系结构和组网特点，详细分析了当前无线传感器网络中各层次的通信协议。
关键词：无线传感器网络体系结构组网特点通信协议1 无线传感器网络结构无线传感器网络的典型结构为自组多跳网络。
该网络中的节点同时具有传感、信息处理以及无线通信功能，每个节点通过多跳路由连接到无线网关，通过无线网关实现与监控终端的通信。
鉴于节点的属性限制，其通信距离较短，因此必须使用多跳路由，且节点数量要多，分布要密集。
2 无线传感器网络特点无线传感器网络具有如下几方面特点。
①硬件功能有限。
由于节点体积较小、价格相对低廉且要求运行的功耗较低，故其在性能方面要比通用的计算设备差很多。
②续航时间有限。
该方式为电池供电，且节点体积较小，分部环境较复杂，因而无法为电池充电或者为节点更换电池，一旦能源消耗完毕，该节点也就死亡，因此在传感器网络的设计中，一切以节能为前提。
③自组织性。
无线传感器网络的覆盖都是由节点自助完成的，不需要依赖任何支撑网络设施。
④无中心性。
网络中所有节点都是相对独立和平等的，任意节点的离开或加入都不会影响整个网络的运行。
⑤多跳路由。
无线传输网络中的节点只能在小范围内进行通信，因而若希望实现与网关或者外围监控终端的通信则必须通过其他节点进行路由实现。
⑥节点数量庞大，网络分布密集。
在某一区域进行无线传感器网络部署时需要使用大量的节点来维持网络的容错性和抗毁性。
3 无线传感器网络协议层次无线传感器网络的通信协议主要分为物理层、链路层、网络层和传输层。
对于这些协议需要进行具体讨论，现有的如ieee802.1x协议无法在无线传感器网络中应用。
3.1 物理层物理层的主要作用为产生载波对所需传输的数据进行调制与解调。
当前时期对物理层节点的设计思路主要有两种，一种为使用mems和集成电路技术等对节点的微处理器、传感器等模块进行设计；另一种为使用现有的商业元器件进行节点构建。
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1）硬件资源有限：节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2）传感节点数目多、易失效：根据应用的不同，传感器节点的数量可能达到几百万个，甚至更多。
此外，传感器网络工作在比较恶劣的环境中，经常有新节点加入或已有节点失效，网络的拓扑结构变化很快，而且网络一旦形成，人很少干预其运行。
因此，传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性，相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3）通信能力有限：考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大，传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经常变化，频繁出现通信中断。
4）电源能量有限：网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5）以数据为中心是网络的核心技术：对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。
例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统，使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
