無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)新發(fā)展要素

　　文章是一篇網(wǎng)絡(luò)論文，主要講述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及路由策略研討新政策制度等等。本文選自：《計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)》,《計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)》創(chuàng)刊于1975年，全國(guó)公開(kāi)發(fā)行，是由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所主辦的電子科技技術(shù)類(lèi)期刊。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN 13-1223/TN;國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN 1008-1739;郵發(fā)代號(hào)：18-210。

　　摘要：構(gòu)造一個(gè)萬(wàn)能的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上非常復(fù)雜,代價(jià)也很高。因此構(gòu)造一些較小的,靈活的子網(wǎng)絡(luò),再由這些子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)成為較為通用的做法。當(dāng)前無(wú)線傳輸設(shè)備小型化,低功耗化,使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成為可能。

　　關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)科技,網(wǎng)絡(luò)論文

　　1.1引言無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)是近年來(lái)得到迅速發(fā)展和普遍重視的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它的出現(xiàn)和發(fā)展對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了極其深刻的影響。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)、微型傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)地融為一體,己經(jīng)是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),引起了世界上許多國(guó)家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視【1.2],其應(yīng)用前景十分廣闊。

　　1.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景傳感器下的定義根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87是:“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置,能感受到被測(cè)量的信息,并能將檢測(cè)感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。而近年來(lái)對(duì)傳感器的需求越來(lái)越復(fù)雜,單個(gè)傳感器已經(jīng)基本不能滿足日益增長(zhǎng)的復(fù)雜要求。所以將多種傳感器構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是由許多空間分布的裝置組成的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),這些裝置使用傳感器監(jiān)控不同位置的條件(比如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物)。通常這些裝置很小很便宜,以便可以大量制造和部署,因此它們的資源(能源、存儲(chǔ)、計(jì)算速度和帶寬)嚴(yán)重受限。每個(gè)裝置都具備一個(gè)無(wú)線電收發(fā)器、一個(gè)很小的微控制器和一個(gè)能源(通常為電池)。

　　這些裝置互相幫助,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭慌_(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一組傳感器以AdHoc方式構(gòu)成的有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò),其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息,并發(fā)布給觀察者。對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),大部分是以有線方式構(gòu)建,這是因?yàn)橛芯�方式的傳輸帶寬寬,傳輸速度快,誤碼率低,構(gòu)建簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)并不重要,這是因?yàn)閭鞲衅鞯臄?shù)據(jù)速率低,要求帶寬窄,而誤碼率問(wèn)題可以通過(guò)糾錯(cuò)與編碼方式降低。所以,在傳感器網(wǎng)絡(luò)方面采用有線傳輸模式并不是最好的選擇。我們注意到傳感器是為了監(jiān)控不同位置的條件,比如溫度、聲音、振動(dòng),壓力、運(yùn)動(dòng)的信息,所以其安裝位置一般來(lái)說(shuō)都是具有典型代表性的。特別對(duì)于一些特定環(huán)境中,例如古建筑、惡劣的污染環(huán)境,布線困難或者無(wú)法布線的情況,采用無(wú)線方式構(gòu)造傳感器網(wǎng)絡(luò)是較為合適的。由于傳感器種類(lèi)繁多,其數(shù)據(jù)特性也各不相同。

　　3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種獨(dú)立出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),它的基本組成單位是節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)集成了傳感器、微處理器、無(wú)線接口和電源四個(gè)模塊。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中業(yè)己成熟的解決方案可以借鑒到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中來(lái)。但是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的用途和優(yōu)點(diǎn),開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的通信協(xié)議和路由算法已經(jīng)成為了當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域內(nèi)急待研究的課題。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)

　　(1)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括了大面積的空間分布:比如在軍事應(yīng)用方面,可以將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在戰(zhàn)場(chǎng)上跟蹤敵人的軍事行動(dòng),智能化的終端可以被大量地裝在宣傳品、子彈或炮彈殼中,在目標(biāo)地點(diǎn)撒落下去,形成大面積的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。

　　(2)源受限制:網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源是有限的,網(wǎng)絡(luò)大多工作在無(wú)人區(qū)或者對(duì)人體有傷害的惡劣環(huán)境中,更換電源幾乎是不可能的事,這勢(shì)必要求網(wǎng)絡(luò)功耗要小以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的壽命,而且要盡最大可能的節(jié)省電源消耗。

　　(3)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)管理和高度協(xié)作性:在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)處理由節(jié)點(diǎn)自身完成,這樣做的目的是減少無(wú)線鏈路中傳送的數(shù)據(jù)量,只有與其他節(jié)點(diǎn)相關(guān)的信息才在鏈路中傳送。以數(shù)據(jù)為中心的特性是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的又一個(gè)特點(diǎn),由于節(jié)點(diǎn)不是預(yù)先計(jì)劃的,而且節(jié)點(diǎn)位置也不是預(yù)先確定的,這樣就有一些節(jié)點(diǎn)由于發(fā)生較多錯(cuò)誤或者不能執(zhí)行指定任務(wù)而被中止運(yùn)行。為了在網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)視目標(biāo)對(duì)象,配置冗余節(jié)點(diǎn)是必要的,節(jié)點(diǎn)之間可以通信和協(xié)作,共享數(shù)據(jù),這樣可以保證獲得被監(jiān)視對(duì)象比較全面的數(shù)據(jù)。

　　(4)以數(shù)據(jù)為中心:在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,人們只關(guān)心某個(gè)區(qū)域的某個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的值,而不會(huì)去關(guān)心具體某個(gè)節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)要求傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須以感知數(shù)據(jù)管理和處理為中心。

　　(5)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)�、多跳路�?無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障從運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中退出;也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。