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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息新的研究熱點(diǎn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息新的研究熱點(diǎn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，綜合了傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式計(jì)算處理技術(shù)等多種技術(shù)的交叉學(xué)科，涉及的范圍十分廣泛，因而相關(guān)的研究內(nèi)容也十分豐富，目前世界各國均對(duì)其各方面開展了研究。
隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)、功耗無線電通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、微型傳感器技術(shù)及集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，使得由大量低成本、低功耗、小體積、短距離通信多功能的微型傳感器通過無線鏈路自組織為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）成為現(xiàn)實(shí)。WSN已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、交通、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報(bào)、衛(wèi)生保健、空間探索等各個(gè)領(lǐng)域，在當(dāng)前上備受關(guān)注，涌現(xiàn)了許多研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。
1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
傳感器節(jié)點(diǎn)的基本組成和功能包括如下幾個(gè)單元：傳感單元、處理單元、無線通信單元和供電單元等。此外，其他可以選擇的功能部分有定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)以及電源供電系統(tǒng)等。
傳感器單元由傳感器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊組成，用于感知、獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；處理單元由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括處理器、存儲(chǔ)器等，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)各部分的工作，存儲(chǔ)和處理自身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信單元由無線通信模塊組成，負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；供電單元通常采用微型電池，為傳感器節(jié)點(diǎn)提供正常工作所必需的能源。
2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
人們一度認(rèn)為成熟的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)機(jī)制和技術(shù)可以應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。但隨著深入的研究發(fā)現(xiàn)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有的技術(shù)要求和應(yīng)用目標(biāo)明顯不同于Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)。Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)致力于為用戶提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，是以傳輸數(shù)據(jù)為目的；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將能源的使用作為首要設(shè)計(jì)目標(biāo)，是以數(shù)據(jù)為中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多區(qū)別于Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的*特征。
①規(guī)模大、密度高。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)不同，通常密集部署在大片的監(jiān)測區(qū)域，為了獲取更、完整的信息，需要部署規(guī)模很大、密度很高的傳感器節(jié)點(diǎn)，以便通過大量冗余節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作來提高系統(tǒng)的工作質(zhì)量。
②以數(shù)據(jù)為中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，終端用戶不會(huì)具體關(guān)心單個(gè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通常只關(guān)心某個(gè)區(qū)域內(nèi)某個(gè)監(jiān)測指標(biāo)的數(shù)值。
③可靠性差。與Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的可能性要大得多。傳感器節(jié)點(diǎn)是通過隨機(jī)撒播的方式部署在的惡劣環(huán)境或無人區(qū)域，在無人值守狀態(tài)下工作，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)變得十分困難。
④傳感器節(jié)點(diǎn)的能力有限。傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力都是十分有限的。
⑤與應(yīng)用相關(guān)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過感知客觀世界來獲取外界的信息。由于不同的應(yīng)用關(guān)心的信息不同，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只能針對(duì)每一個(gè)具體的應(yīng)用來開展設(shè)計(jì)工作，不能像Internet那樣有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺(tái)。由于應(yīng)用的不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求也不同，硬件平臺(tái)、軟件系統(tǒng)和通信協(xié)議都會(huì)有很大的差異。
⑥動(dòng)態(tài)變化快。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般都在比較惡劣的環(huán)境下工作，不斷變化的外界環(huán)境，如突發(fā)事件、節(jié)點(diǎn)能量耗盡、無線通信鏈路斷續(xù)等，都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)功能，這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)整自身的工作狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。
3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，綜合了傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式計(jì)算處理技術(shù)等多種技術(shù)的交叉學(xué)科，涉及的范圍十分廣泛，因而相關(guān)的研究內(nèi)容也十分豐富，目前世界各國均對(duì)其各方面開展了研究。
同時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)又有著工作環(huán)境較差、節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多、節(jié)點(diǎn)能量不易補(bǔ)充等特點(diǎn)，對(duì)它的研究又有著與一般網(wǎng)絡(luò)不同的要求。從體系結(jié)構(gòu)上分，可分為基礎(chǔ)層研究問題、網(wǎng)絡(luò)層研究問題、數(shù)據(jù)管理與處理層研究問題、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境層研究問題、應(yīng)用層研究問題。從功能上分，可分為能量節(jié)省問題、傳感器節(jié)點(diǎn)的定位問題、網(wǎng)絡(luò)組織管理問題、網(wǎng)絡(luò)傳輸問題、軟硬件設(shè)計(jì)與制造問題、信號(hào)的協(xié)作處理問題、網(wǎng)絡(luò)安全性問題等。
下面從功能的角度對(duì)各個(gè)熱點(diǎn)分別給予介紹。
3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通常是采用大炮發(fā)射、飛機(jī)撒播等隨機(jī)布置的方法部署到監(jiān)測區(qū)域中的，因?yàn)闊o法預(yù)先確定節(jié)點(diǎn)部署后的位置，只能在部署完成后采用一定的方法定位。目前使用zui廣泛的定位方法是采用定位系統(tǒng)GPS。 由于數(shù)目眾多，在價(jià)格、功耗、適用范圍及體積等方面的制約，考慮到費(fèi)用問題，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都帶有定位系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的。一般采用的方法是使5%~10%的節(jié)點(diǎn)帶有GPS，這種節(jié)點(diǎn)稱為導(dǎo)標(biāo)節(jié)點(diǎn)（beaconnodes）或錨節(jié)點(diǎn)（anchornodes），它們可以通過衛(wèi)星來確定自身的位置。目前主要的研究方向是如何利用這些錨節(jié)點(diǎn)提供的位置信息和其他節(jié)點(diǎn)通信之間的約束，估算出普通節(jié)點(diǎn)的位置。定位問題除了定位本身的意義外，在路由選擇上也有很大的幫助。此外在移動(dòng)機(jī)器人研制中也具有很重要的意義。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息新的研究熱點(diǎn)
