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新手入门:初步了解无线传感器网络


  来源: 中国电子网 时间:2020-07-24 编辑:仪器仪表WXF
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对于无线传感器,我们或多或少有所了解。为增进大家对无线传感器的认识,本文将对无线传感器网络加以介绍。


无线传感器网络


一、无线传感器网络介绍


无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。


WSN的发展得益于微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系统(System on Chip, SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展。WSN广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。


在无线传感器网络中,观察者将兴趣信息告知传感器节点,传感器节点发现感知对象后,进行协作地侦察、感知和采集感知目标的数据并进行处理,之后将信息传输给观察者。


传感器节点以人工、飞机播撒或炮弹发射等方式被部署到监测区域,以自组织的形式进行组网。各传感器节点之间,传感器节点与网关/sink节点之间,均采用无线建立通信链路。传感器节点具有信息采集和路由双重功能。


信息采集可以或与其它节点协作地检测感知区域目标的温度、湿度、红外等物理特性,收集相关数据;路由功能指对其它节点转发过来的数据进行存储、管理和融合,传输给下一跳节点或是网关/sink节点。


网关/sink节点,也叫汇聚节点。它的处理能力、存储能力和通信能力较强,它既可以是能量供给充足且有更多的内存资源与更强的计算能力的传感器节点,也可以是带有无线通信接口的特殊网关设备。网关节点是连接传感器网络与外部网络的桥梁纽带,通过协议转换实现节点管理和传感器网络之间的通信,而且也可将传感器节点采集的数据发送到互联网、卫星或是移动通信网络上,且对传感器节点发布管理信息。


观察者是无线传感器网络的用户,是感知信息的接收和应用者。观察者可以通过笔记本、PDA、手机等终端设备接收传感器节点收集的信息,也可以主动地收集或查询无线传感器网络监测、采集到的信息。经过对传感器节点收集的信息进行观察、分析之后,观察者可以对感知目标采取相应的行动,或者制定决策。



二、无线传感器网络技术 + 问题


传感器技术;嵌入式计算技术;现代网络及无线通信技术;分布式信息处理技术等。


无线传感器网络除了具有Ad hoc网络的移动性、自组织性等特征以外,还具有很多其他鲜明的特点,这些特点向我们提出了一系列挑战性问题。


1)动态性网络

无线传感器网络具有很强的网络动态性。传感器节点的死亡、移动,新节点的加入,环境条件变化导致通信链路的带宽变化,甚至时断时通等因素,使得整个网络的拓扑结构发生动态变化,要求网络具有可调整性和可重构性。


2)硬件资源有限

节点在通信能力、计算能力和内存空间等方面的限制使得网络需要通过中间节点进行路由,此外,还必须重新设计简单有效的协议。


3)能量受限

由于无线传感器网络的部署环境复杂,有时甚至是人迹罕至的原始森林,而且传感器节点部署的数量庞大,通过人工更换电池来补充能量消耗是不可能实现的;又由于应用的需求,传感器节点体积要尽可能的小。这些使得传感器节点只可能携带有限能量的电池,所以当传感器节点的能量消耗殆尽时,也就表示着此节点死亡。因此,如何在网络工作过程中节省能源,最大化网络的生命周期,是无线传感器网络重要的研究课题之一。



消耗能量的模块主要有传感模块、处理模块和无线通信模块。


处理器和传感器的功耗随着集成工艺的进步,已经达到了令人满意的水平,能量消耗主要集中在无线通信模块上。


通信过程中,节点有四种状态:发送、空闲、接收以及睡眠。节点处于发送状态时能量消耗最多;接收状态和空闲状态相差不多,略小于发送状态;处于睡眠状态能量消耗最小。


4)大规模网络

网络规模大主要体现在三个方面:

一是部署的感知区域地理面积比较大,可以在不同空间采用不同视角对目标进行监测 ;

二是节点数目庞大,减小了覆盖区域出现盲点或是漏点的概率;

三是部署密度大,即在一个较小的面积内部署大量的节点,提高了信息采集的精度,从而降低了对单个节点精度的需求,而且大量的冗余节点可以使系统具有很强的容错性。


5)以数据为中心

关键词:无线传感器 网络    浏览量:687

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