無線傳感器網絡
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無線傳感器網絡范文第1篇
中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)18-31534-02
Network Management of Wireless Sensor Networks
DU Jing-lin1,SHI Lan2
(1.Nanjing University of Information Science and Technology Department of Electronic and information Engineering,Nanjing 21004,China;2. Department of Remote sensing,Nanjing 21004,China)
Abstract:Wireless sensor networks are networks consisting of small sensors that are limited in both power and processing. These sensor networks are often used in monitoring applications, such as the environment, structures and animal habitats. Network management is key function in all of networks, including sensor networks. The nature of wireless sensor networks makes networks management a more difficult than that of traditional networks. One main property of network management of sensor networks is topology management. This paper gives a brief background on network management and how it is used into sensor networks. It provides a more detailed look at topology management and some existing topology management algorithms.
Key words:Wireless sensor networks;network management;topology management;Energy conserving
1 概述
無線傳感器網路是由許多能量和處理能力有限的傳感器節點組成。這種網絡能夠用在許多不同的應用，包括環境監測、軍事應用、結構控制與監測、野生動物習性的監測等。無線傳感器網絡在這些應用面臨著許多挑戰，其中最主要的問題是能力消耗問題。傳感器網絡是典型的無人看護網絡，并且緊靠有限電池供電，因此節省能量是部署傳感器網絡非常關鍵的問題。
所有類型的網絡都需要管理和維護。所有的網絡管理都需要一些網絡的管理形式，不同類型網絡可能強調網絡網絡管理的不同方面。在網絡的管理上通常有以下幾種的不同的管理結構：集中式的管理、層次式的管理結構，分布式的管理結構。在集中式管理中，一個中心服務器用來執行網絡管理應用角色；在層次式管理中，包括多個管理平臺，通常有一個服務器和多個客戶端組成網絡管理應用；為了實現分布式網絡管理功能需要分布式管理體系結構，這種結構也適合無線傳感器網絡的網絡管理，在這種結構中，網絡結構利用多個對等平臺來共同管理任務。這種結構可以提供更好的擴展性、可用性和可靠性。
2 網絡管理
無線傳感器網絡的網絡管理與傳統網絡的網絡管理相似，有著相同的管理任務不同的管理方式。例如，性能管理也包括監測網絡保證網絡的覆蓋與連接。傳感器網絡中的安全管理非常困難，因為網絡的自組織特點，采用無線通信以及資源有限。傳感器網絡中的管理一個主要目標是自主性，特別是在故障管理和自動配置中十分重要。由于傳感器網絡是無人看護網絡，自主發現錯誤，自主修復的能力就非常重要；另一個主要問題是，當網絡中一個節點實效后，不能影響整個網絡的操作，不像傳統網絡設備出現故障后會影響一些用戶甚至整個網絡。
在傳感器網絡中的網絡管理有一些新的功能，其中包括拓撲管理、能量管理以及編程管理。節省能量是傳感器網絡中的一個重要方面。節能可以在網絡管理的不同層面和不同方式下進行。其中最通用的辦法是當節點空閑關閉電源，現在又許多協議和算法建立都是為了節省能力。例如，為傳感器網絡開發的特別的MAC協議和路由協議，當傳輸數據時，高效的節省電池的能量。編程和代碼管理是傳感器網絡中的另一個主要功能。傳統的程序升級等功能是通過把節點連接到手提電腦或者PDA等設備上來實現，但是在大規模的網絡管理中，這種方式很不顯示現實，這就需要當某些節點需要更新程序時，通過網絡把有限的數據報通過自組織網絡傳送過去。目前在程序升級領域也是一個非常活躍的研究方向。在無線傳感器網絡的網絡管理中還有一些主要的思想與傳統網絡不同。節省能量是傳感器網絡的主要問題，次之就是如何高效利用帶寬。一種方法就是通過提取網絡一部分節點的管理信息來實現整個網絡的管理。節省能力和有效利用帶寬的一個主要辦法就是數據聚集。在傳感器網絡中一個網絡節點和其鄰居節點都采集數據，通過比較和數據聚集的辦法，只傳送一個數據信息，消除冗余節點的數據，采用一定的數據收集策略，就可以大大減少數據信息的傳送量，起到節省能量和帶寬的目的。傳統網絡管理是集中式的應用，而無線傳感器網絡是分布式的架構。網絡管理不應該就是收集所有節點的數據，然后無線的傳送到中心管理節點上，在中更應該采用網內處理辦法，采用合適的數據聚集算法，來減少數據傳輸，減少能量消耗和帶寬的開銷。
3 網絡拓撲結構管理
無線傳感器網絡的主要問題是節能，而這也正是拓撲管理的主要的目標。拓撲管理的另一個主要目標是拓撲控制，也就是保證網絡的連通性。在無線傳感器網絡中拓撲管理主要有三個方面的想法：拓撲發現、睡眠周期管理和成簇管理方法。根據文獻[3]，可知在無線傳感器網絡中的拓撲管理主要有以下六個特點：1）對稱性2）連通性3）生成性4）分散性5）低度性6）低干擾性。
3.1拓撲發現
拓撲發現包括一個基站和整個網絡節點網絡的拓撲結構和組織。網絡中節點之間的物理連接情況或者節點之間的邏輯關系信息傳輸到管理節點上，用來維護整個傳感器網絡的拓撲結構圖。基站或者管理站點向整個網絡發出拓撲發現請求，網絡上的節點通過網絡將相關信息傳送回來。在拓撲發現中主要兩種方法，一種方法是采用直接的辦法，節點一旦接受請求信息就立即傳送包含特定節點信息的響；另一種方法是采用聚集的辦法，這種辦法中，節點不是立即響應，而是等待其子孫節點將信息傳回來后，通過聚集然后將信息會傳給初始化節點。
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現有一些對拓撲發現問題的解決方法。例如TopDisc[1]算法使用樹結構，樹的根節點是網絡監測節點，用來發現整個網絡的拓撲。當一個拓撲發現的請求被傳送出去，節點的鄰居集就創建了。TopDisc算法在節點中創建了簇，并且標識簇頭節點用來報告整個網絡的拓撲結構。這是一個近似于貪心的算法來發現網絡的覆蓋集，算法的開始是通過監測節點廣播一個拓撲發現請求包，然后在整個網絡中傳播來實現的。TopDisc算法是近似于集中式的工作方式。該算法有一些可能的應用，如其可以用來報告幾個網絡圖，包括網絡連通圖、網絡可達圖等，還可以用來產生網絡節點的能量分布圖以及節點使用分布圖。
3.2睡眠周期管理
在無線傳感器網絡有些協議和算法通過讓一些冗余節點周期性的休眠來達到網絡節能的目的。這些算法主要是在一定周期內來決定選取哪些節點集進入休眠狀態，而當休眠期結束，必須通過一定的機制來喚醒，以使其在下一輪進入工作狀態。因此維護傳感器網絡中節點的睡眠周期是這類算法協議的主要職責。
這種拓撲管理中的一個算法是STEM算法[4，5]，該算法中，節點在大部分時間里用來感知數據，一旦把數據發送出去，就把節點無線發射裝置關閉，因為無線通信是最主要的耗能源，等需要有數據時在開始通性設備。通常在這種算法要在傳感器節點上裝有兩個無線通信設備，其中第二個無線設備為低負載裝置，主要用來發送喚醒消息。在STEM算法中最主要的問題是延時，當網絡中一個節點要通過一個休眠節點將數據發送出去，必須等待其被喚醒才可以實現，帶來網絡的延遲，而在一些應用中，實時性是非常關鍵的。
3.3基于簇的管理
在現在有許多基于簇管理的算法用來拓撲管理。這些算法可以根據許多方式進行分類，如：基于位置信息和不基于位置信息的；分布式和集中的；基于節點ID和節點度的。我們通過對于基于簇的拓撲管理算法分析總結，按照一定特點歸結為表1。
3.4拓撲管理面臨的挑戰
傳感器網絡中的協議和算法的主要設計目標都是節能，這也是拓撲管理算法的目標。通過減少能量的消耗來最大化網絡的生命周期。算法的維護開銷應該最小化，如果算法中不要求位置信息和時間同步，這將是對能量節省是非常有利的。在實際的應用場景中，移動性是需要的，因此在未來的研究中，能夠支持移動性以及由于某些節點實效而要求算法的魯棒性都是十分必要的。
4 總結與展望
網絡管理是所有類型網絡中都非常關鍵的功能。在傳統的有線網絡中，網絡管理是由服務器控制的典型集中式結構，主要包括了網絡故障管理、配置管理、安全管理、性能管理以及賬戶的管理。
無線傳感器網絡中包括有許多傳感器節點，并且受到了電源和能量的制約。網絡管理在無線傳感器網絡是非常關鍵的，采用分布式的運行方式更為實際。傳感器網絡中網絡管理主要包括了能量管理、編程管理以及拓撲管理。而在拓撲管理中主要可以通過定時讓一些節點進入休眠周期來達到節能的目的，通過簇管理算法來實現網絡的穩定性與節點。目前已經有了許多相關的算法，未來需要更加魯棒、更加節能的算法，在該領域還有許多工作亟待解決。
表1 無線傳感器網絡簇結構算法
參考文獻：
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無線傳感器網絡范文第2篇
【關鍵詞】無線傳感器網絡 特點 應用
一、引言
無線傳感器網絡是一種新型的傳感器網絡，其主要是由大量的傳感器節點組成，利用無線網絡組成一個自動配置的網絡系統，并將感知和收集到的信息發給管理部門。目前無線傳感器網絡在軍事、生態環境、醫療和家居方面都有一定應用，未來無線傳感器網絡的發展前景將是不可估量的。
二、無線傳感器網絡的特點
（一）節點數量多
在監測區通常都會安置許多傳感器節點，并通過分布式處理信息，這樣就能夠提高監測的準確性，有效獲取更加精確的信息，并降低對節點傳感器的精度要求[1]。此外，由于節點數量多，因此存在許多冗余節點，這樣就能使系統的容錯能力較強，并且節點數量多還能夠覆蓋到更廣闊的監測區域，有效減少監測盲區。
（二）動態拓撲
無線傳感器網絡屬于動態網絡，其節點并非固定的。當某個節電出現故障或是耗盡電池后，將會退出網絡，此外，還可能由于需要而被轉移添加到其他的網絡當中。
（三）自組織網絡
無線傳感器的節點位置并不能進行精確預先設定。節點之間的相互位置也無法預知，例如通過使用飛機播散節點或隨意放置在無人或危險的區域內。在這種情況下，就要求傳感器節點自身能夠具有一定的組織能力，能夠自動進行相關管理和配置。
（四）多跳路由
無線傳感網絡中，節點之間的距離通常都在幾十到幾百米，因此節點只能與其相鄰的節點進行直接通信。如果需要與范圍外的節點進行通信，就需要經過中間節點進行路由。無線傳感網絡中的多跳路由并不是專門的路由設備，所有傳輸工作都是由普通的節點完成的[2]。
（五）以數據為中心
無線傳感網絡中的節點均利用編號標識。由于節點是隨機分布的，因此節點的編號和位置之間并沒有聯系。用戶在查詢事件時，只需要將事件報告給網絡，并不需要告知節點編號。因此這是一種以數據為中心進行查詢、傳輸的方式。
（六）電源能力局限性
通常都是用電池對節點進行供電，而每個節點的能源都是有限的，因此一旦電池的能量消耗完，就是造成節點無法再進行正常工作。
三、無線傳感器網絡的應用
（一）環境監測應用
無線傳感器可以用于進行氣象研究、檢測洪水和火災等，在生態環境監測中具有明顯優勢。隨著我國市場經濟的不斷發展，生態環境污染問題也越來越嚴重。我國是一個幅員遼闊、資源豐富的農業大國，因此在進行農業生產時利用無線傳感器進行對生產環境變化進行監測能夠為農業生產帶來許多好處，這對我國市場經濟的不斷發展有著重要意義[4]。
（二）醫療護理應用
無線傳感器網絡通過使用互聯網絡將收集到的信息傳送到接受端口，例如一些病人身上會有一些用于監測心率、血壓等的傳感器節點，這樣醫生就可以隨時了解病人的病情，一旦病人出現問題就能夠及時進行臨時處理和救治。在醫療領域內傳感器已經有了一些成功案例，例如芬蘭的技術人員設計出了一種可以穿在身上的無線傳感器系統，還有SSIM（Smart Sensors and Integrated Microsystems）等。
（三）智能家居建筑應用
文物保護單位的一個重要工作就是要對具有意義的古老建筑實行保護措施。利用無線傳感器網絡的節點對古老建筑內的溫度是、濕度、關照等進行監測，這樣就能夠對建筑物進行長期有效的監控。對于一些珍貴文物的保存，對保護地的位置、溫度和濕度等提前進行檢測，可以提高展覽品或文物的保存品質。例如，英國一個博物館基于無線傳感器網絡設計了一個警報系統，利用放在溫度底部的節點檢測燈光、振動等信息，以此來保障文物的安全[5]。
目前我國基礎建設處在高速發展期，建設單位對各種建設工程的安全施工監測越來越關注。利用無線傳感器網絡使建筑能夠檢測到自身狀況并將檢測數據發送給管理部門，這樣管理部門就能夠及時掌握建筑狀況并根據優先等級來處理建筑修復工作。
另外，在家具或家電匯中設置無線傳感器節點，利用無線網絡與互聯網絡，將家居環境打造成一個更加舒適方便的空間，為人們提供更加人性化和智能化的生活環境。通過實時監測屋內溫度、濕度、光照等，對房間內的細微變化進行監測和感知，進而對空調、門窗等進行智能控制，這樣就能夠為人們提供一個更加舒適的生活環境。
（四）軍事應用
無線傳感器網絡具有低能耗、小體積、高抗毀等特性，且其具有高隱蔽性和高度的自組織能力，這為軍事偵察提供有效手段。美國在20世紀90年代就開始在軍事研究中應用無線傳感器網絡。無線傳感器網絡在惡劣的戰場內能夠實時監控區域內敵軍的裝備，并對戰場上的狀況進行監控，對攻擊目標進行定位并能夠檢測生化武器[3]。
目前無線傳感器網絡在全球許多國家的軍事、研究、工業部門都得到了廣泛的關注，尤其受到美國國防部和軍事部門的重視，美國基于C4ISR又提出了C4KISR的計劃，對戰場情報的感知和信息綜合能力又提出新的要求，并開設了如NSOF系統等的一系列軍事無線傳感器網絡研究。
五、結語
隨著無線傳感器網絡的研究不斷深入和擴展，人們對無線傳感器的認識也越來越清晰，然而目前無線傳感器網絡的在技術上還存在一定問題需要解決，例如存儲能力、傳輸能力、覆蓋率等。盡管無線傳感器網絡還有許多技術問題待解決使得現在無法廣泛推廣和運用，但相信其未來發展前景不可估量。
參考文獻：
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無線傳感器網絡范文第3篇
關鍵詞：無線傳感器；網絡安全；對策研究
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）09-1898-02
目前，無線傳感器網絡技術已經廣泛運用到了人們的生活、工作和學習中，甚至在國防安全方面都有著較大的運用，其重要性就不言而喻了。因此加強無線傳感器網絡技術的安全是無線傳感器網絡技術進一步發展的重中之重，特別是在國防軍事和科技研究方面，一旦無線傳感器網絡技術出現安全問題就會對國家和社會帶來不可估量的損失。另一方面，無線傳感器網絡在安全方面的缺陷和外來人員利用無線傳感器網絡對信息的竊取等都是無線傳感器網絡技術發展的阻礙。該文就目前的無線傳感器網絡的安全進行分析，并提出相關的對策。
1 無線傳感器網絡安全的相關問題
無線傳感器網絡就是采用許多的小型傳感器組成一個網絡，便于無線通信。但是由于無線傳感器網絡本身在安全方面的不足，使得無線傳感器網絡存在許多的安全問題：
1.1自組織性以及節點組織的隨機性
無線傳感器網絡在實際的運用中就可以發現，它是由大量的小型傳感器自組成一個網絡，它在整個網絡體系的組成過程中并沒有實際的組織規范制度，其帶有強烈的自發性和隨機性。因此，這個無線傳感器網絡體系在使用中穩定性就得不到保障，安全性更是存在著問題。另一方面，由于整個網絡體系在設置時存在著隨機性，各個布置的節點就不可能事先固定，也帶有自發性，使得整個無線傳感器網絡體系的安全就得不到保障。
1.2 通信的不可靠性
無線傳感器網絡在通信通道上存在著大量的不穩定因素。在通過無線傳感器網絡通信的過程中，多跳路由使得通信信息大大的延遲，信息傳遞的時間長，而且在傳遞過程中的安全不能得到保證，很容易在傳遞過程中被攔截，如果是一些重要信息的傳遞，那就存在著很大的危害。
1.3 能量的有限性
在無線傳感器網絡體系中，傳感器的使用需要較大的能耗，但是當這些傳感器節點在整個網絡體系中布置完成后，再想進行節點的替換，其難度就非常大了，而且在這個網絡體系中有些無線設備是需要進行充電的，充電的不及時也會影響到整個網絡體系的運用，因此開發出低能耗的無線網絡設備對無線傳感器網絡技術的發展至關重要。
1.4 缺乏有效的安全機制
由整個無線傳感器網絡的建立就可以發現，無線傳感器網絡體系無論是傳感器的節點布置，還是在網絡組織安排上都存在著極大的隨機性，使得其網絡通信帶有很大的局限性，這些缺點使現代成熟的網絡安全技術不能夠在這個網絡體系中進行運用。而僅僅在物理方面對這個無線網絡體系進行保護并沒有實質性的效果，網絡通信方面隱患較大，很容易受到其他方面的攻擊。
2 破壞無線傳感器安全性能的相關因素
目前，我國的無線傳感器網絡在防御和攻擊的方式如下表：
表1 傳感器網絡攻防手段表
[網絡層次＼&防御手段＼&攻擊方法＼&物理層＼&模式轉換、優先級信息、區域映射、寬頻＼&擁塞攻擊＼&節點隱藏或者偽裝、破壞感知＼&物理破壞＼&網絡層＼&冗余路徑、探測機制＼&丟棄和貪婪破壞＼&出口過濾、認證、監測機制＼&方向誤導攻擊＼&加密和逐跳認證機制＼&匯聚節點攻擊＼&認證、監測、榮譽機制＼&黑洞攻擊＼&鏈路層＼&設置競爭門限＼&耗盡攻擊＼&使用短幀略和非優先級策略＼&非公平競爭＼&糾錯碼＼&碰撞攻擊＼&傳輸層＼&認證＼&同步破壞攻擊＼&客戶端謎題＼&泛洪攻擊＼&]
該表中的無線傳感器網絡的攻防手段對無線網絡影響較大，在無線傳感器網絡體系的攻擊手段中，擁塞攻擊和碰撞攻擊兩種手段的作用最大。其中，擁塞攻擊手段就是無線網絡的破壞方獲得了破壞對象的網絡通信頻率后，應用同一頻率的無線電波進行干擾無線網絡通信，對這種攻擊的防御方式就是將網絡頻率進行更換。碰撞攻擊手段就是指網絡通信發送通信信息包時，無線網絡的破壞方同時發送另一個數據包，使得兩個數據信息重疊在一起，獲取的信息錯亂不堪，影響到無線網絡的正常通信，而對其的防御手段就是建立一個合適的監聽系統，將外來的數據包進行消除，實現通信的正常進行。此外，還有泛洪攻擊，它就是利用特殊的手段對無線傳感器的節點進行攻擊，耗盡攻擊的節點，阻斷一些用戶的使用。這種網絡攻擊的解決方式就是采用謎題技術建立一個客戶端，保障節點數據在有效的范圍內傳播使用，可以有效的消除泛洪攻擊的影響。
3 無線傳感器網絡安全技術的對策研究
3.1 密碼技術
在無線傳感器網絡通信的過程中，由于無線傳感器的設備布置本身存在著一定的不足，使得現展成熟的網絡安全技術不能夠在其中進行使用，因此網絡安全隱患較大，而密碼技術可以有效減小這個安全隱患，對網絡安全有著巨大的幫助。在采用密碼技術進行保障無線網絡信息安全過程中，可以增加密碼中代碼的長度和復雜度，以增強無線網絡信息的保護力度，實現網絡通信的安全性。在日常生活中，不對稱秘鑰和對稱秘鑰的運用最為廣泛，其主要原因就是這種密碼技術的保護力度較強，而且在設置上較為簡便快捷。
3.2 安全數據融合
無線傳感器網絡中使用最多的還是數據，傳感器節點在收到附近的數據信息后，然后將這些數據傳輸到匯聚節點，在對數據信息進行整合成為了有效的信息數據后，再將這些數據傳輸給用戶。這種方式提高了數據的有效性，減少了數據在傳輸過程中的冗余，使得數據傳輸的負載較小，提高了傳輸效率，減少了設備的磨損，增加了整個無線網絡的使用年限。但是無線網絡的攻擊對這些信息數據的傳輸仍是一個危害，因此加強了對數據融合的研究，安全數據融合的目的就是采用隨機抽樣和交互式證明機制，使得在節點匯聚的數據是真實可靠的，大大增加網絡通信數據融合的安全性問題。
3.3 密鑰管理技術
密鑰管理技術就是在無線網絡安全中使用密鑰技術的管理，它將處理在其使用期間的一切問題，也是整個加密系統最為關鍵的一個部分，一旦管理的不到位，很容易造成通信信息的泄露，對無線傳感器網絡的使用者造成巨大的損失。截止到目前為止，這項密鑰管理技術主要對對稱密鑰技術有效。密鑰管理技術的分配模式是概率性和確定性，而密鑰模式是預共享和非預共享兩種方式
3.4 安全路由技術
在無線傳感器網絡的使用過程中，雖然各個小型傳感器的布置較為隨意，但是在布置后不可以隨意更換，其網絡節點處的設備充電也較為不便，節約能量消耗成為了一個問題。而這個過程中，為了實現節能消耗延長無線網絡的使用年限，提出了各種路
由協議便于皆能減耗，但是卻忽略了路由中的信息傳輸安全性問題，增加了在通信中路由受到攻擊的可能性。當用戶將消息發送出去后，很容易使得破壞方通過泛洪攻擊的方式來截取發送的信息，使得網絡通信出現障礙。在實際應用中，專業人士提出了多種路由協議，包括 SPINS 協議和多路徑路由機制，但是都需要進行改進，最終會實現路由技術的安全性。
4 結束語
無線傳感器網絡技術具有極大的優越性，它方便快捷，對人們的使用尤其有利，因此其被廣泛運用到人們的學習、工作和生活中，同時在國防科技中也有較大的使用。但是由于自身的一些特點，使得無線傳感器網絡的安全性一直令人擔憂。我們要充分重視無線網絡的安全性，對影響無線網絡安全性的因素要采取強力的防御手段，保證無線傳感器網絡通信的安全。在對無線網絡的安全問題的研究中發現，將密碼技術、安全數據融合技術、密鑰管理技術以及安全路由技術運用到無線網絡中，充分提高其安全性。
參考文獻：
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無線傳感器網絡范文第4篇
關鍵詞:無線傳感器;精準農業監測;無線通訊;自組織網絡
中圖分類號:TP212文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 06-0000-02
Development&Application of Wireless Sensor Network
Cao Mingyi
(Sichuan Coal Industry Group,Dazhu Group,Telecommunications Branch,Dazhou635000,China)
Abstract:Over the past 10 years,wireless sensor network technology into an application technology has been rapid development.It is the expansion of remote sensing technology.The article focuses on the development of wireless sensor network(WSN),and introduce the technology maturity analysis,also focuses on description of use the precision agriculture areas.At last,wireless sensor network technology in the development of the main challenges and its environmental applications,the focus of future development were reviewed.
Keywords:wireless sensor network;Precision agriculture monitoring;
Wireless communication;Self-organizing network
一、無線傳感器網絡(WSN)概述
無線傳感器網絡(WSN)技術是集成了傳感器技術、自動控制技術、數據網絡傳輸、儲存、處理與分析技術的現代信息技術,是信息科學領域中一個全新的發展方向。無線傳感器網絡經歷了智能傳感器、無線智能傳感器、無線傳感器網絡3個階段。智能傳感器將計算能力嵌入到傳感器中,使得傳感器節點不僅具有數據采集能力,而且具有濾波和信息處理能力;無線智能傳感器在智能傳感器的基礎上增加了無線通信能力,大大延長了傳感器的感知觸角,降低了傳感器的工程實施成本;無線傳感器網絡由具備記憶能力的存儲器、處理器、傳感器、無線通訊和電池等硬件組成,它將將網絡技術引入到無線智能傳感器中,使得傳感器不再是單個的感知單元,而是能夠交換信息、協調控制的有機結合體,實現物與物的互聯,把感知觸角深入世界各個角落,必將成為下一代互聯網的重要組成部分。
二、無線傳感器網絡(WSN)技術原理
無線傳感器網絡(WSN)的傳感器一般與小型計算機和無線發送裝置集于一體(節點),可以獲得關于觀測對象的圖像、聲音、氣味等特性,并進行顯示、儲存或分析通過網絡傳輸到數據收集中心。它的發展及其廣泛應用主要歸因于傳感器技術的微型化、智能化、廉價性和數據無線傳輸的可能性。網絡傳感器節點可實現相互間的網絡通訊,指令和數據傳輸,并自動構建網絡拓撲。
圖1 無線傳感器示意圖
圖2 無線傳感器網絡示意圖
三、無線傳感器網絡(WSN)網絡應用
WSN網絡是面向應用的,其產生和發展一直都與應用相聯系。WSN技術在軍事領域、精細農業、安全監控等領域的應用得到了充分的肯定和展示。特別是在環境監控和精細農業方面,WSN系統應用最為廣泛。美國華盛頓州20世紀80年代在全州鋪設了公共農業氣象系統網,華盛頓州立大學精準農業系統中心在此基礎上,為了升級數據存儲和傳輸技術,開發了2套無線傳感器網絡。一套是基于AWN200硬件技術的區域無線傳感器網絡技術,另一套是農田霜凍監測的無線傳感器網絡技術SS100。每個農業氣象節點能夠獲得太陽輻射、氣溫、相對濕度、葉子濕度、降雨、風速、風向、土壤溫度和濕度。每個節點的能量若能使用交流電就用交流電,否則用太陽能和電池相結合。圖3為紐約河口實時水面風場觀測與預測圖,其中(a)為觀測圖;圖4紐約港口外部定點測量時序數據及預測圖。
圖 3 紐約河口實時水面風場觀測與預測圖
圖 4 紐約港口外部定點測量時序數據及預測圖
四、展望
前面提到,目前無線傳感器網絡采集的數據主要是溫度、濕度等標量數據,對攝像等視覺數據的采集和傳輸能力均有限。人們已經開始發展視覺傳感器網絡(VSN)技術。未來5-10年將是無線傳感器網絡技術大發展的時期,傳感器多樣化及系統節點微型化方面將會取得長足發展。在傳感器技術方面,生物傳感器有望成為一個主要的生長點。生物傳感器是依靠生物機制對目標污染物或微有機物產生響應的傳感器轉換裝置。現在監測污水中有毒污染物的生物傳感器已經實現商業化,其中表面等離子共振反射測量技術的商品化會成為生物傳感器發展的重要手段。
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無線傳感器網絡范文第5篇
【關鍵詞】無線傳感器網絡;通信協議;研究
引言
隨著通信技術和嵌入式計算機技術迅速發展，傳感器技術也有了一定的發展，無線傳感器網絡是由大量的成本低、耗能低，并且具備感知能力、計算能力以及無線通信能力的微型傳感器節點，通過自組織的方式構成的網絡。這些由微型傳感器節點構成的傳感器網絡，能夠協作地實時監測或感知網絡分布區域內的相關信息，并對這些信息進行處理，從而獲得詳細而準確的信息，并將其傳送給需要信息的用戶。無線傳感器網絡作為一個研究的熱點，仍然存在著很多的問題，最重要的就是無線傳感器網絡通信協議問題，只有設計合適的協議，才能夠有效的延長節點和網絡的使用壽命。
1.無線傳感器網絡概況
無線傳感器網絡是集數據采集、綜合處理和通信功能為一體的分布式的自組織網絡，集合了傳感器、控制器、計算能力以及通信能力于一身的嵌入式設備，具有眾多類型的傳感器，可以探測包括地震、溫度、噪聲等周圍環境中多樣的現象[1]。傳感器網絡實現了數據的采集、處理以及傳播這三種功能，并且和通信技術、計算機技術共同構成信息技術的三大支柱，無線傳感器具有網絡規模大、自組織、網絡動態性以及可靠性等特點[2]。無線傳感器網絡是一種基于特定應用的系統，對于不同的應用有不同的系統設計，目前實用的無線傳感器網絡系統比較少，并沒有一種統一的標準來定義無線傳感器網絡的架構，無線傳感器網絡作為目前信息領域新的研究熱點，涉及多學科交叉的研究領域，網絡傳感器網絡的關鍵技術有網絡拓撲控制、網絡協議以及無線通信技術等，一般主要應用于軍事、環境監測以及民用等方面，并且引起了各界的廣泛關注。
2.無線傳感器網絡通信協議研究
無線傳感器網絡自身比較脆弱，容易受到強大攻擊點的破壞，由于體積比較小，所帶的電磁量也有限，傳感器各層通信協議涉及應把節能和性能放在同等的位置，可以給傳感器硬件限制加密機制，以保護無線傳感器的安全性能。無線傳感器網絡的安全和一般網絡是一樣的，都需要解決機密性、完整性以及安全管理等問題，這些安全問題在網絡協議的各個層次中都應該充分的考慮，可以進行加密管理或者是身份認證，要加強研究防攻擊術，全面保證無線傳感器的安全。我們將從物理層協議、數據鏈路層協議以及傳輸層協議和應用層協議對無線傳感器網絡通信協議進行研究。物理層協議研究涉及無線傳感器網絡采用的傳輸媒體[3]、頻段選擇和調制方式，目前主要采用的傳輸媒體有無線電和紅外線等，無線電傳輸是目前的主流方式，但是需要解決頻段選擇、節能的編碼以及調制算法設計這三個方面的問題，和無線電傳輸相比，紅外線傳輸不需要復雜的調制和解調機制，接收器電路也比較簡單，并且單位傳輸功耗較小，但是這種傳輸方式不能夠穿透非透明物體，所以智能在一些特殊的DSN系統中使用。
數據鏈路層協議可以分為拓撲生成和信道接入方式這兩種，拓撲生成分為平面結構和層次結構，在平面結構中所有的網絡節點都是處于相同的平等地位，是不存在任何等級和層次差異的，所以也可以稱為對等式結構，這種結構比較簡單，不用進行任何結構的維護工作，也不容易產生瓶頸效應，具有較好的健壯性[4]。層次結構和平面結構是相互對應的，層次結構的拓展性比較好，并且便于管理。信道接入方式有三類，固定分配類和隨機競爭類以及混合類。由于DSN自身在通信可靠性方面存在著一定的弱點，導致在實現傳輸層協議的傳輸控制時面臨著較大的困難，目前對于傳輸控制主要集中在錯誤恢復機制，并且對于這方面的研究也比較少，如何在拓撲結構和信道質量動態變化下進行數據傳輸服務，將成為這一行業研究的重點。
應用層協議和具體的應用場合環境密切相關，在具體的設計中使不可以通用的，也就是說必須要針對具體的應用需求進行設計，但是應用層的主要任務就是獲取數據并且進行初步的處理，這是所有場合中應用層的共同點。網絡節點實現數據采集計算或著是傳輸功能，都是需要消耗能量的，如果在短時間內不對產生的數據量進行處理而直接傳輸，將會造成網絡堵塞，建設網絡的壽命，也就是說在考慮采用高能效網絡通信協議和數據局部處理方法，是難以實現的。
3.結語
無線傳感器網絡很好的將傳感器技術、嵌入式計算機技術和分布式信息處理技術以及無線通信技術綜合在一起，并且能夠協調實時地進行檢測，感知和采集各種所需信息。由于無線傳感器網絡具有靈活、可擴展和快速部署等特點，在軍事、醫療以及環境等領域有較高的應用價值，應該要加強對這一技術的研究，并廣泛的應用到實際生活中。
參考文獻
[1]陳得民，張威，周浩南，沈唯真.基于MEMS力傳感器的智能綁帶裝置研制[J].自動化與儀表，2014（02）.
[2]趙俊棟，趙炎鑫.無線傳感器網絡通信體系研究[J].信息通信，2014（01）.
