无线传感器网络范文
时间：2023-03-14 21:19:37
无线传感器网络范文第1篇
[关键词]无线传感器网络
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）03-171-01
一、无线传感器网络的定义
无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Networks）是由大量具有通信和计算能力的微型传感器节点密集分布在监控区域内部或附近，协作地监控不同位置的物理或环境状况，且能够根据周围环境自主完成指定任务的智能测控网络系统。它综合了传感器、网络通信、嵌入式计算、无线传输、分布式信息处理等领域技术，能够通过大量微型传感器协作地监测、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并把信息给用户。
二、无线传感器网络的基本特征
与数字蜂窝移动通信系统（GSM）、蓝牙（Bluetooth）、无线局域网（WLAN）等无线通信网络不同，无线传感器网络是类似于传统Ad-hoe网络，没有基站设备支持，自组织、自管理的多跳网络。无线传感器网络是Ad-Hoe网络应用在传感器技术中的一种具有动态拓扑结构的组织网络。
1.自组织的网络：无线传感器网络通常具备自组织能力；
2.自管理的网络：无线传感器网络通常具备自管理能力；
3.网络规模大，分布密集：无线传感器网络中的节点数量多于传统Ad-hoc网络中的节点数量，并且分布密度大；
4.网络节点易出错：无线传感器网络中的节点较之传统Ad-hoe网络中的节点更容易出错；
5.单个节点能力较弱：无线传感器网络的节点的计算能力、存储能力十分有限，无法进行复杂的计算和数据存储；
6.节点间广播式通信：无线传感器网络节点主要采用广播方式通信，而传统Ad-hoe网络大都采用点对点通信；
7.以数据为中心的网络：与数据为中心的含义指无线传感器网络运行时，通常只关心整个任务的执行情况，用户在使用网络查询事件时，只关心是否获得了所需的数据，不关心数据是由哪个节点发来。
三、无线传感器网络的发展
1998年，美国在先进国防研究项目局（DARPA）的一个研究项目中第一次提出无线自组织传感器网络的概念。
2000年IEEE协会成立了IEEE802.15.4工作组，其目标是开发一种供廉价的固定、便携式或者移动设备使用的低复杂度，低成本，低速率与功耗的无线传输技术。2003年IEEE推出了IEEE802.15.4的PHY物理层与MAC媒体接入控制层，其主要的特点就是低成本，易实现，可靠的近距离传输操作，而且可以在一个PAN（Personal area network，其范围为5-10米）里使用同一信道却有效避免冲突。在IEEE802.15.4里定义了两种网络节点：全功能节点与半功能节点。全功能节点可以与任何一个其它的节点进行通讯而半功能节点只能与全功能节点通讯。另外，超宽带无线通信（UWB[16]）以其高速率、低功耗、抗多径、低成本等诸多优势，已成为室内短距离无线网络的首选方案，这为WSN网络的数据传输开辟了一种崭新的方案。
四、无线传感器网络的关键技术
无线传感器网络范文第2篇
关键词：无线传感器网络；体系结构；关键技术；应用
中图分类号：TP393文献标识码：A
1概述
无线传感器网络是新一代的网络，有着非常广泛的应用前景，将来会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。近十年来，无线传感器网络已经掀起了新的产业浪潮。我国未来20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题有7项与传感器网络直接相关。2006年初的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与无线传感器的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。可以预计，无线传感器网络的研究与应用是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
2无线传感器网络的定义及体系结构
无线传感器网络的定义：无线传感器网络就是由安装在监测区域内大量的微型传感器组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。
传感器，感知对象和观察者是传感器网络的三个基本要素。
无线传感器网络和传统无线网络有着不同的体系结构。无线传感器是由节点结构，网络结构以及网络协议体系结构来描述的。
传感器节点由四部分组成：传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块，
传感器模块负责采集监测区域内的信息，并进行数据格式的转换，将原始的模拟信号转换成数字信号，将交流信号转换成直流信号，以供后续模块使用；处理器模块又分成两部分，分别是处理器和存储器，它们分别负责处理节点的控制和数据存储的工作；无线通信模块专门负责节点之间的相互通信；电源模块为传感器节点提供能量，一般都是采用微型电池供电。
无线传感器网络系统是由传感器节点、汇聚节点和管理节点组成。大量传感器节点随机部署在监测区域，通过自组织的方式构成网络。传感器节点采集的数据通过其它传感器节点逐跳地在网络中传输，传输过程中数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达数据处理中心。也可以沿着相反的方向，通过管理节点对传感器网络进行管理，监测任务以及收集监测数据。
网络协议体系结构是网络的协议分层以及网络协议的集合，是对网络及其部件应完成功能的定义与描述。由网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术组成。
分层的网络通信协议结构类似于传统的TCP/IP协议体系结构，由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
网络管理技术主要是对传感器节点自身的管理以及用户对传感器网络的管理。网络管理模块是网络故障管理、计费管理、配置管理、性能管理的总和。其他还包括网络安全模块、移动控制模块、远程管理模块。传感器网络的应用支撑技术为用户提供各种应用支撑，包括时间同步、节点定位，以及向用户提供应用服务接口。
3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、Adhoc网络等，与无线传感器网络在通信方式、动态组网以及多跳通信等方面有许多相似之处，但同时也存在很大的差别。无线传感器网络具有许多鲜明的特点：
3.1 电源能量有限
传感器节点体积微小，电池的能量有限，且传感器节点数量多，分布区域广，部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何产生新的能源，最大化网络的生命周期，是传感器网络面临的首要挑战。
3.2 通信能力有限
传感器网络的通信带宽窄而且经常变化，通信覆盖范围只有几十到几百米。传感器节点之间的通信断接频繁，经常容易导致通信失败。由于传感器网络更多地受到高山、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，传感器可能会长时间脱离网络，离线工作。如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输，也是传感器网络面临的挑战。
3.3 网络规模大，分布广且计算能力有限
传感器网络中的节点分布广泛且密集，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多。这一特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护，因此传感器网络的软、硬件必须具有高强壮性和容错性。然而传感器节点是一种微型嵌入式设备，要求价格低功耗小，这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱，存储器容量比较小。为了完成各种任务，传感器节点需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作。如何利用有限的计算和存储资源完成诸多协同任务成为传感器网络设计的挑战。
3.4 以数据为中心的网络和自组织、动态性网络
传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。在传感器网络中，传感器节点不需要地址之类的标识。所以传感器网络是一种以数据为中心的网络。
在传感器网络应用中，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，而是通过随机布撒的方式。这就要求传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监控数据的多跳无线网络系统。同时，由于部分传感器节点能量耗尽或环境因素造成失效，以及经常有新的节点加入，这就要求传感器网络必须具有很强的适应网络拓扑结构的动态变化。
传感器网络用来感知客观物理世界，获取物理世界的信息量。不同的传感器关心不同的物理量，因此对传感器的应用系统也有多种多样的要求。不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然有很大差别，在开发传感器网络应用时，更关心传感器网络差异。针对每个具体应用来研究传感器网络技术，这是传感器网络设计不同于传统网络的显著特征。
4无线传感器网络的关键技术及应用
4.1 无线传感器网络的关键技术
无线传感器网络目前研究的难点涉及通信、组网、管理、分布式信息处理等多个方面。主要关键技术如下：
4.1.1 网络拓扑管理
无线传感器网络是自组织的。目前的研究方向是在满足网络覆盖度和连通度的情况下，通过选择路由路径，生成一个能高效的转发数据的网络拓扑结构。拓扑管理有节点功率控制和层次型拓扑控制两种。前一种方法是控制每个节点的发射功率，均衡节点单跳可达的邻居数目。而层次型拓扑控制采用分簇机制，有一些节点作为簇头，它将作为一个簇的中心，簇内每个节点的数据都要通过它来转发。
4.1.2 网络协议
因为传感器节点具有计算能力、存储能力、通信能力且携带的能量有限，每个节点都只能获得局部网络拓扑信息，在节点上运行的网络协议也要尽可能的简单。目前研究的重点主要集中在网络层和MAC层上。网络层的路由协议主要控制信息的传输路径。好的路由协议不但能考虑到每个节点的能耗，还要能够关心整个网络的能耗均衡，使得网络的寿命尽可能的保持的长一些。MAC层协议主要控制介质访问，控制节点通信过程和工作模式。设计无线传感器网络的MAC协议首先要考虑的是节省能量和可扩展性。由于能量消耗主要发生在载波侦听，碰撞重传和接收到不需要的数据处理等方面，MAC层协议的研究也主要在如何减少上述3种情况从而降低能量消耗以延长网络和节点寿命。
4.1.3 网络安全
数据的安全性，这主要从两个方面考虑：一方面是从维护路由安全的角度出发以保证网络的安全。现已提出了一种叫“有安全意识的路由”的方法，其思想是找出真实值和节点之间的关系，然后利用这些真实值来生成安全的路由。另一方面是把重点放在安全协议方面。在具体的技术实现上，先假定基站总是正常工作的，并且总是安全的，满足必要的计算速度、存储器容量，基站功率满足加密和路由的要求；通信模式是点到点，通过端到端的加密保证了数据传输的安全性。基于以上前提，典型的安全问题可以总结为：信息被非法用户截获；一个节点遭破坏；识别伪节点；如何向已有传感器网络添加合法的节点等四个方面。
4.1.4 定位技术
位置信息是传感器节点采集数据中重要的一部分，没有位置信息的监测消息可能毫无意义。节点定位是确定传感器的每个节点的相对位置或绝对位置。节点定位在军事侦察、环境检测、紧急救援等应用中尤其重要。节点定位分为集中定位方式和分布定位方式。定位机制也必须要满足自组织性，鲁棒性，能量高效和分布式计算等要求。定位技术也主要有两种方式：基于距离的定位和距离无关的定位。其中基于距离的定位对硬件要求比较高，通常精度也比较高。距离无关的定位对硬件要求较小，受环境因素的影响也较小，虽然误差较大，但是其精度已经足够满足大多数传感器网络应用的要求，所以这种定位技术是研究的重点。
4.1.5 时间同步技术
传感器网络中的通信协议和应用，比如基于TDMA的MAC协议和敏感时间的监测任务等，要求节点间的时钟必须保持同步。有人曾提出了一种简单实用的同步策略。其基本思想是，节点以自己的时钟记录事件，随后用第三方广播的基准时间加以校正，精度依赖于对这段间隔时间的测量。这种同步机制应用在确定来自不同节点的监测事件的先后关系时有足够的精度，设计高精度的时钟同步机制是传感网络设计和应用中的一个技术难点。
4.1.6 数据融合
传感器网络为了有效的节省能量，可以在传感器节点收集数据的过程中，利用本地计算和存储能力将数据进行融合，取出冗余信息，从而达到节省能量的目的。数据融合可以在多个层次中进行。在应用层中，可以应用分布式数据库技术，对数据进行筛选，达到融合效果。在网络层中，很多路由协议结合了数据融合技术来减少数据传输量。MAC层也能减少发送冲突和头部开销来达到节省能量的目的。当然，数据融合是以牺牲延时等代价来换取能量的节约。
4.2 无线传感器网络的应用
无线传感器网络的应用前景非常广阔，随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。
4.2.1 军事方面
传感器网络具有可快速部署，可自组织，隐蔽性强和高容错等特点，因此非常适合在军事上应用。传感器网络是由大量随机分布的节点组成，即使一部分传感器网络节点被敌方破坏，剩下的节点依然能够自组织地形成网络。利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控，战场的实时监视，目标的定位，战场评估，核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。例如，传感器网络可以通过分析采集到的数据，得到十分准确的目标定位，从而为火控和制导系统提供准确的制导。利用生物和化学传感器，可以准确地探测到生化武器的成分，及时提供情报信息，有助于正确防范和实施有效的反击。
4.2.2 环境科学
随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便，比如，跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，传感器网络也可以应用在精细农业中，以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。传感器网络还有一个重要应用就是生态多样性的描述，能够进行动物栖息的生态监控。
4.2.3 智能家居
无线传感器网络还能够应用在家居系统中。例如，2004年3月英特尔公司演示了家庭护理的无线传感器网络系统。该系统通过在鞋、家具以家用电器等设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、以及残障人士的家庭生活，利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。智能家居网络系统是将家庭中各种与信息有关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持家庭设施与住宅环境的和谐与协调的系统。
4.2.4 医疗健康
如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，利用传感器网络，医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的，而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来不便。此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而独特的应用。总之，传感器网络为未来的远程医疗提供了更加方便、快捷的技术实现手段。
4.2.5 空间探索
探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，应该是一种经济可行的方案。NASA的JPL实验室研制的Sensor Webs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。
4.2.6 其他商业应用
自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。比如，嵌入家具和家电中的传感器与执行机构组成的无线网络与Internet连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境；城市车辆监测和跟踪系统中成功地应用了传感器网络；美国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统，以减小足球比赛中越位和进球的误判率，这套设备现在已经研制成功。此外，在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域，无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。
5结束语
由于具有覆盖区域广阔、监测高精度、可远程监控、可快速部署、可自组织和高容错性等特点，尽管目前无线传感器网络仍处于初步应用阶段，网络安全研究等方面还面临着许多不确定的因素和有待解决的问题，但已经展示出了非凡的应用价值。相信在不久的将来，会对人们的生产生活起到不可估量的作用。
参考文献：
[1] 肖俊芳. 无线传感器网络的若干关键技术研究[D]. 上海交通大学工学博士学位论文,2009.
[2] 李建中,高宏. 无线传感器网络的研究进展[J]. 计算机研究与发展, 2008(1).
[3] 王艳琴, 彭刚, 刘宇. 浅析无线传感器网络及其路由技术[J]. 电脑知识与技术, 2010(1).
[4] 杨卓静, 孙宏志, 任晨虹. 无线传感器网络应用技术综述[J]. 中国科技信息, 2010(13).
[5] 陈海光. 无线传感器网络中若干安全问题研究[D]. 复旦大学博士学位论文, 2008.
[6] 康启涛, 陶滔. 无线传感器网络综述[J]. 网络安全技术与应用, 2008(2).
无线传感器网络范文第3篇
[关键词]无线传感器网络网络协议能量管理
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)11100067-01
一、无线传感器网络的定义
无线传感器网络是由大量的具有特定功能的传感器节点通过自组织的无线通讯方式,相互传递信息,协同的完成特定功能的智能专用网络[1]。它可以实时的监测,感知和采集网络所监控区域内的各种环境或监测对象的信息,并对收集到的信息进行处理后传送给终端用户。
二、无线传感器网络的结构
无线传感器网络系统基本包括传感器节点(sensor node),汇聚节点(sink node)和管理节点,其结构如图1所示。大量的传感器节点随机的布置在检测区域,节点以自组织的形式构成网络,通过多条中继方式将检测到的数据传送到汇聚节点,最后通过Internet或其他网络通讯方式将检测信息传送到管理节点。同样的,用户可以通过管理节点进行命令的,告知传感器节点收集检测信息[2]。
传感器节点是一个具有信息采集,处理和通信能力的微型嵌入式计算机系统,但是受限于携带电池能量有限的原因,其处理能力相对较弱。结构如图2所示。从网络功能上看,每个传感器节点除了要处理本地的信息,还需要协助其他节点进行转发和处理信息。
三、无线传感器网络的几个具体关键问题
(一)物理层协议。无线传感器网络是一个开放系统互联,按照国际标准化组织(ISO)的规定,为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做物理层。从这个定义可以看出,物理层需要承担为数据终端提供数据传输通路、传输数据和完成管理工作的职责。具体到无线传感器网络就是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术。因为是无线网络,传输介质自然要选电磁波了。不过,源信号要依靠电磁波传输必需要通过调制技术变成高频信号,当抵达接受端时,又通过解调技术还原成原始信号。目前采用的调制方法分为模拟调制和数字调制两种。它们的区别就在于调制信号所用的基带信号的模式不同而已(一为数字,一为模拟)。
(二)MAC层协议[3]。信号的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种宝贵的资源。怎样合理有效的分配信道,就是数据链路层中的MAC子层要解决的问题了。
无线传感器网络经常使用的有三种MAC协议:传感器协议(S-MAC),分布式能量意识协议(DE-MAC)和协调设备协议。S-MAC协议通过调配节点的休眠方式来有效地分配信道;DE-MAC则采用周期性监听和休眠机制,避免空闲监听和串音,其目的是减少能耗和增加网络的生存周期;MD协议则能为大规模、低占空比运行的节点提供了不需要高精度时钟的可靠通信。
总体来说,无线传感器网络的MAC协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低。
(三)路由。在具备底层传输协议的保障后,信息怎样快速地从源传输到目的地就是由路由协议来解决了。简单来说,路由要实现两个基本功能:确定最佳路径和通过网络传输信息。数据传输的途径存于路由表,由路由算法初始化并负责维护。
无线传感器网络与普通的网络不同,它有自己的特点:比如能量受限,通信方式以数据为中心,相邻节点的数据有着相似性,拓扑结构也在不断的变化等。与此对应,常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络。
下面来介绍几种常见的路由协议:
1.泛洪式路由。这是一种非常传统的路由协议。泛洪式路由不进行维护网络拓扑和相关路由计算,只负责以广播形式转发数据包,因此效率并不高。
2.SPIN。SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协议。节点之间通过协商来确定是否有发送信号的必要,并实时监控网络中的能量负载来改变工作模式。以上两种协议都是平面路由协议,依照这种协议,节点并不进行分区归类。
3.LEACH。LEACH是一种分层网络协议,它以循环的方式随机选择簇首节点,将全网络的能量负载平均分配到每个传感器节点,从而达到降低网络能源消耗的目的。这里要解释一下簇,簇是分层路由协议的概念,根据分层路由协议,网络被划分成不同簇,每一个簇由一个簇首和簇成员组成,多个簇首形成高级的网络,簇首节点不仅负责其辖下簇内信息的收集和融合处理,还负责簇之间数据的转发。
4.PEGASIS。PEGASIS可谓LEACH的升级版本。按照其规定,只有最为邻近的节点才相互通信,节点与汇聚点轮流通信,当所有的节点都与汇聚点通信后,节点再进行新一回合的轮流通信。
(四)软件的支持[4]。无线传感器网络也有一个属于自己的操作系统TinyOS。这个系统不同于传统意义上的操作系统,它更像一个编程构架,在此构架下,搭配一组必要的组件,就能方便地编译出面向特定应用的操作系统。
TinyOS由众多组件组成,包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、通信组件和硬件抽象组件。每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和事件处理程序,它们通过接口声明所调用的命令和将要触发的事件。调度器则负责根据任务的轻重缓急来安排系统的工作。
四、结束语
无线传感器网络这种新兴的技术发展迅猛,已经成为无线网络研究的热点。在全球范围内此技术目前基本处于理论研究和实验室试验阶段,国内的研究起步也开始不久,从理论上和实际应用都有待于深入研究。
参考文献:
[1]孙利民,无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.
[2]赵志强,无线传感器网络结构及关键技术介绍[J].苏州职业大学学报,2007.
[3]林小兰、肖明波,无线传感器网络MAC层协议的分析比较[J].现代电子技术,2007.
[4]李世晗、白跃宾、钱德沛,无线传感器网络软件技术研究[J].计算机应用研究,2007.
作者简介:
罗敏(1983-),男,江苏淮安人,东南大学自动化学院检测技术与自动化装置专业硕士研究生,从事检测仪表与自动化装置方向研究。
无线传感器网络范文第4篇
关键词：传感器；物联网；无线传感器网络
中图分类号：TP393
文献标识码：A
1．引言
无线传感器网络和物联网是比较新的技术领域，而且受到全社会的普遍关注。近年来，世界上某些发达国家加大投入，研究开发这方面的应用，积极攻克在标准上、技术和应用上的尖端技术。我国也把这项技术发展列入国家中长期科技发展规划，以致当前的无线网络得以飞速发展。在实现无线传感器网和物联网产业化发展过程中，应该认清形势，积极创造条件，加快发展和应用该项技术。
2．无线传感网与物联网的构成
2.1 无线传感器网络的构成
无线传感器网络（Wireless Sensor Network）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。它能够实现数据的采集、量化、处理、融合和传输。它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络和无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同的实时监测、感知和采集网络覆盖区域中的各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理。
无线传感器网络是由传感器网络节点构成的。应用和监测物理信号的不同决定了传感器的类型，另外节点的功能和组成也不尽相同。无线传感器网络节点的基本组成和功能包括如下几个单元：传感单元(由各种不同类型的传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)、以及电源部分。也可以选择其它功能单元如定位系统、移动系统等。
2.2 物联网的构成
物联网（Internet of things），是指通过各种手段，将现实世界的物理信息进行自动化、实时性、大范围、全天候的标记、采集、汇总和分析，并在必要时进行反馈控制的网络系统。它是通过标准的协议，依靠自动识别技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的共享。或者简单的说，即是通过装置在各类物体上的电子标签或称射频识别(RFID)，传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能和通讯能力，这种将物体联接起来的网络被称为“物联网”。
物联网络技术是多种技术的综合应用。在物联网系统中应用到的技术主要包括：传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统等。物联网主要由六方面组成:EPC编码、EPC标签、射频识读器、Savant(神经网络软件)、对象名解析服务(Object Naming Ser-vice，ONS)和实体标记语言(Physical Markup Language， PML)。
2.2.1 EPC编码
EPC编码是物联网的重要组成部分。它是对实体及实体的相关信息进行代码化.通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。
2.2.2 射频识读器
在射频识别系统中，射频读写器是将标签中的信息读出，或将标签所需要存储的信息写入标签的装置。读写器读出的标签的信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。
2.2.3 神经网络软件(Savant)
每件产品都加上射频识别（RFID）标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，识读器将不断收到一连串的产品电子编码。整个过程中最为重要、同时也是最困难的环节就是传送和管理这些数据。Auto-ID中心提出一种名叫Savant的软件中间件技术，相当于该新式网络的神经系统，负责处理各种不同应用的数据读取和传输。
2.2.4 对象名解析服务(Object Name Service，ONS)
EPC标签对于一个开放式的、全球性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。因为标签中只存储了产品电子代码，计算机还需要一些将产品电子代码匹配到相应商品信息的方法。这个角色就由对象名称解析服务担当，它是一个自动的网络服务系统。
2.2.5 实体标记语言(Physical Mark up Language，PML)
EPC产品电子代码识别单品，但是所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准计算机语言— 实体标记语言(PML)所书写，PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(XML)发展而来的。PML提供了一个描述自然物体，过程和环境的标准，并可供工业和商业中的软件开发、数据存储和分析工具之用。它将提供一种动态的环境，使与物体相关的静态的、暂时的、动态的和统计加工过的数据可以互相交换。它将会成为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准，PML的应用将会非常广泛，并且进入到所有行业。
3．无线传感器网络和物联网的发展现状
虽然物联网的概念在我国最近才得到广泛关注，但物联网的应用很早就在我国开展。在RFID方面，2009年中国RFID产业市场规模达110亿元，相比2008年增长36.8%，已用于物流、城市交通、工业生产、食品追溯、移动支付等方面。
随着3G网络的使用，各运营商推出了移动支付方式。如中国电信目前采用RFID技术的UIM卡开通移动支付永久免费优惠活动。该项技术预计未来年增长率将超过60%，在智能楼宇、路灯监控等方面得到广泛应用。
国内在传感器网络方面则处于发展初级阶段，基本上还是依托于科研项目、科研成果的示范，使用的协议也还是专用协议。但无线传感器网络是影响人类未来生活的重要技术。
无线传感器网络范文第5篇
关键词：无限传感器研究现状应用
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 09-0000-02
无限传感器网络，简称WSN，在国际上备受关注，其涉及多种学科，综合了传感器技术、现代网络及无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术等， 应用十分广泛，是知识高度交叉集成的前沿热点研究领域。 无限传感器网络的成本小，灵活性大，它能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并通过无线自组多跳的网络方式将这些信息发送出去，最总是先三元世界的联通。
一、无线传感器网络的研究研究历程及现状
无线传感器网络是新兴的传感器网络，具有广泛的应用前景和重要的科研价值，无线传感器网络出现于20世纪末，1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，开启了无线传感器网络的研究大幕；1999年，题为“传感器走向无线时代”的具有代表性论述的文献出现；2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，WSN在军事方面的应用研究正式开始；2002年，英特尔公司了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，主要侧重于环境监测、森林灭火、海底板块、医学和行星探测等方面的应用；与英特尔公司的侧重点不同，同年欧盟提出的EYES计划，主要以研究无线传感器网络的构架、网络协议和安全、节点的协作等；2003年， 美国《技术评论》杂志和《商业周刊》将无线传感器网络列入未来新兴技术之列，美国科学基金委员会也制定了相关研究计划，主要侧重于生物攻击、感知有毒化学物等领域；2005年，网络技术和系统的研究计划主要研究安全的可扩展的网络、下一代可靠性高、可编程的无线网络及传感器系统的网络特性。此外，多个国家、高校、著名的网络公司也相继加入了无线传感器网络的研究。
与以前的传感器技术不同，我国的无线传感器网络的研究及应用几乎与那些发达国家同时起步，无线传感器网络概念于1999年正式出现在中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中；2002年，一些科研单位和一些大学加入到研究的行列中，无线传感器网络的研究工正式进行；国家自然科学基金委员是我国无线传感器网络研究的领头羊，2004年，国家自然科学基金委员将会面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论列为重点研究项目，该理论是无线传感器网络的一个项目，2005年，将无线传感器网络基础理论和关键技术列入计划；2006年，将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究项目，近年来，无线传感器网络的研究一直在不多深入发展，取得很多可喜的研究成果，随着微处理器、无线通信、微机电系统等技术的发展，无线传感器网络技术逐步走向成熟，其应用也越来越广泛，但总体上来讲我国的无线传感器网络还有很大的发展空间，还有很长的路要走，仍需继续努力。
二、无线传感器网络的应用
（一）军事
无线传感器网络的特性非常适合于军事侦察，可以有效的探测和获取敌军情报。通过上文我们可以知道，无线传感器网络的研究最早就是起源于军事，由于战场环境恶略，收集情报十分危险，而无线传感器网络由于自身功耗低、体积小、隐蔽性高、抗毁性能好、自组织能力强等特点，为军事侦察零伤亡实现了可能：通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段， 将传感器网络的检测装置安置在敌军阵地，不但可以减少侦查人员的损伤，获得精确的情报，也不易被发觉。无线传感器网络的这一价值已经引起的许多国家局势部门的极大关注。除了探测情报方面，无线传感器网络还可以加装在士兵、装备及军火上，以供识别，分清敌我，防止误打； 跟踪射击对象的位置，实现精确制导；及时、准确地判断是否有生化武器及核武器的攻击，确定位置，最大可能地减小伤亡。
（二）环境
随着经济的发展，自然环境逐渐恶化，已经引起了世界各国的广泛关注，为了加强对自然环境的监控，防止自然环境的进一步恶化，人们将无线传感器网络应用到了环境监测中：监测平原、森林、海洋等的环境变化；进行森林火灾、洪水检测；灾害判定； 气象研究、监测空气污染、水污染及土壤污染；；地表检测物种跟踪等等，不一而足。
（三）医疗卫生
无线传感器网络可以将采集到的信息通过上安装特殊用途的传感器节点， 如心率、血压等监测，医生就可在远端随时了解被临护病人的病情，进行及时处理和救护，无线传感器网络在医疗卫生领域也发挥着重要作用，有着成功的应用实例，比如，婴儿监测、提醒聋人、血压监测与追踪、消防员身体特征信号监测等。
（四）农业
无线传感器网络对农业的发展有重要意义，以我国为例，我国是农业大国，地大物博，幅员辽阔，环境和生态问题严峻，无线传感器网络对国家的农业、经济发展意义重大。比如可以在大型的育苗场或农田灌溉区，利用无线网络为农业研究或系统控制采集相关的参数；通过所选点所测得的各项参数进行田间研究分析与生态气候研究；检测土壤湿度和空气湿度以控制灌溉。
（五）智能家居建筑
近年来，无线传感器网络又有了一个新的应用方向，那就是智能家居建筑方面，随着经济的发展，各类建筑工程如雨后春笋般拔地而起，由于工程多，工程量大，一些大型工程的安全施工监测的难度较大，既费时又费力，这时，无线传感器网络的应用，很好的解决了这一问题，采用无线传感器网络， 在楼体自身安装节点，安装了传感器网络的智能建筑就会自动告诉管理部门它们的状态信息， 从而可以使管理部门按照优先级来进行一系列的修复工作。同样的道理，还可以通过它加强对古老建筑和珍贵文物的保护，将具有温度、湿度、压力、加速度、光照等传感器的节点布放保护对象自身和周围，可以有效的监测被保护建筑和文物状态，从而达到保护的目的。
三、总结与展望
通过近几年的研究， 人们对传感器网络特点的认识已经逐渐明确， 但是许多基础性问题和关键技术仍需要进一步研究解决，比如计算存储能力， 传输层和服务质量等等，虽然如此，但无线传感器网络的应用前景会十分广阔。与其他网络不同，无线传感器网络可以广泛地应用在民用环境监测及工业等不同的领域。随着工艺计算机及其网络技术的发展，线传感器网络必将得到越来越广泛的应用。作者认为无线传感器网络还应在以下几个方面深入研究：
（一）能效问题
能效问题研究是无线传感网络中的热点研究问题，虽然处理器和无线传输装置可以继续向微型化发展， 但是无线传感器网络需要链接更多样的传感器， 许多传感器耗电量很大。针对不同应用的能效节点，进一步提高网络的性能，延长网络的生命周期，在高密度网络中需要大范围时间同步，最小化长时间的不确定性误差，提高精度在遥远环境下有效供给节点及相应传感器的能源仍将需进一步研究
（二）数据采集与管理
随着无线传感器网络技术的发展， 所接收的数据将越来越大，而现有的现有的模式将无法适应管理大量时空数据的需要，因而，加快时空数据处理和管理的研究、开发和研究新的模式将十分必要。
（三）无线通讯的标准问题
传感器网络的标准不统一，将会为无线传感器网络的发展带来巨大困难，因此， 还需要开发新的无线通讯标准。
未来将是无线传感器网络技术大发展的时期， 传感器多样化及系统节点微型化方面将会取得长足发展。
参考文献：
[1]任丰,原黄海,宁林闯.无线传感器网络[J].软件学报,2003,14（2）:1148-1157
[2]孙雨耕,张静,孙永进,房朝晖.无线自组传感器网络[J].传感技术学报,2004,6（2）:331-335
[3]肖健,吕爱琴,陈吉忠等.无线传感器网络技术中的关键性问题[J].传感器世界,2004.0（7）
[4]孙利民,李建中,陈渝等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005
[5]崔莉，鞠海玲等.无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展,2005,42（1）
[6]袁红梅,杨震.基于无线传感器网络的活动目标跟踪[J].现代电子技术,2006年第19期总第234期
[7]齐楠,韩波,李平.基于ZigBee技术的智能家庭无线传感器网络的设计[J].机电工程,2007,24（2）:20-22
无线传感器网络范文第6篇
一、 前言
传感器网络作为一种新型技术，由大量体积小、价格低廉、具有无线通信和监测效果的传感器节点构成，这些节点通过各种分部方式的整体整合，从而被紧密的部署在监测范围内，从而达到监测物理世界的目的，同时，无线传感器网络又可以归属到信息技术中的一个研究分支，所以在交通管制、国防安全、环境监测、军事部署、目标定位等等方面均有着有效的应用前景。但应该注意的一个问题，即此类传感节点大多被布置在无人监视和敌方监测区域，因此不可避免的存在一系列安全问题，安全机制是否有效建立已经成为阻碍传感器网络技术应用的重要威胁因素，所以亟需解决此问题。
无线传感器网络安全技术研讨与传统网络有着较大区别，无线传感器网络自身具有一定的局限性，在计算、通信和存储方面都或多或少受到限制，还有无法保证部署区域的现实安全以及网络拓扑结构的动态变化，使得其难以直接应用非对称密码体制，所以在实现传感器网络安全存在极大的不确定性。但是，无线传感器网络安全技术与传统网络两者都殊途同归到一个共同目的，即解决信息的机密性、完善性和信息新鲜度、入侵检测以及访问控制等问题，总之，我们必须明确无线传感器网络安全技术的达成目标和巨大挑战，从而研究出适合其发展的方向。
二、 综述无线传感器网络安全技术的涵义及相关概念
（1） 名词概念
无线传感器网络安全技术，主要指其自身在运行过程中产生的限制因素以及安全性目标。
（2） 局限因素
局限无线传感器网络安全的相关因素，主要包括传感器节点、无线网络自身两部分。其中，传感器节点主要受到存储容量和客观内容限制，对于无线网络自身，主要出现在节点与信号道具有脆弱性、无固定结构和密钥技术等方面，从而造成多种局限因素。
（3） 安全达成目的
就目前普通网络工作层面来看，无线传感器网络安全技术已经改进了先前的追求目标，从传统的数据保密性单一内容完全跳出，逐步进发完整度、网络鉴别和认证三个方面的工作，但是总的来说，数据保密性作为无线传感器在安全目标上最重要的部分，其所占据的地位仍旧是不容动摇的，并且在军事管理方面受到了极其高度的重视。而完整度在安全层次的追求虽然处于基础地位，但是在目前这种鱼龙混杂的网络环境中，尤为立于开放式的普通网络信息状态下，完整度也在提高网络信息完整性、预防虚假警报方面也有重要意义。对于最后一部分的认证，则可以视为安全组通信对数据的终端安全保证，也是保证无线传感器网络安全的最后重要步骤，所以也受到了极大地关注。综上所述，由于无线传感器网络安全技术在节点上与不同领域的运用情况不同，所以在追求安全达成目的时也应该有所侧重，坚持具体问题具体分析的行为准则。
三、 无线传感器网络安全现存问题
无线传感器网络主要是以无线通信的形式在监测区域形成一个组织网络，从而达到自己的部署目的。但是，由于无线传感器网络具有通讯功能的特点，加之通信工作本身讯号敏感，因此无线传感器网络在正式运行上常出现问题，主要可分为以下几种：
1. 通信不可依靠
造成此种问题的最大原因在于我国在无线网络通信通道技术的运用还不稳定，常出现一系列问题情况，所以造成了网络通信受威胁的情况，进而导致信息泄露造成网络通信的不安全以及不必要的经济损失。
2. 能量有限
无线传感器在节点的布置上，一旦安装后却不能重新更换，所以相对于可充电性的无线网络设备来说，具有一定的局限性，同时无线传感器网络在组成上一般为高损耗设备，进而导致电能能量供应有限。
3. 安全机制疏漏
目前，无线传感器网络在安全机制方面还不健全，一方面受通信不可靠性、节点能量的限制，一方面由于设计工作上在物理安全保护上缺乏有效内容，从而导致无线传感器网络安全系统容易受到外界攻击。
四、 探究无线传感器安全性能可能受到的威胁因素
近年来，随着无线传感器网络安全技术的不断发展，一系列阻碍其安全的危险因素也滋蔓兴起，主要分为防御手段和攻击方法两种，如下表所示：
五、 提高无线传感器网络安全技术策略
1. 密码技术
无线传感器在运用的过程中，需要设定相应的个人密码，通过利用先进且难解性的密码技术来提高网络通信安全，但在密码的设定上需要根据不同的通信特点与使用要求来设定密码，从而保证网络安全技术的有效维护。
2. 安全数据整合
无线传感器网络安全技术传统意义上来说，主要是利用相关信息数据组合而成，一般是将信息进行搜集、整理和分析之后剔除糟粕，再传输到使用者之手，因此在此过程中需要注重信息运输工程的质量，从而保证安全数据的整合。
3. 密钥管理技能
近年来，我国在密钥管理技术上多用对称性密钥，主要用于确定性与概率性的分配模式、预共享式和非预共享式的密钥模式，但应该注意的是，这两种密钥技能在应用时均应注重严谨，从而提高无线传感器网络节点安全。
4. 安全路由技术
路由技术作为研发工作的切入点，其主要立于无线传感器网络节点的节省角度，力求节省损耗层面，但在实际应用中由于传播范围过广而易受攻击，所以要提高安全路由技术的运用。
六、 结束语
纵观全文，无线传感器从整个应用情况来说，由于其在通信信息方面有着严格要求，所以在相关企业的商业信息与日常交流上有着重要作用，所以我国更需要不打断提高研讨力度和研究强度，通过技术的不断创新提高我国在无线传感器网络技术方面的应用，从而促进我国社会主义经济的发展，谋求更多、更有益的福利。
参考文献
[1]宋和平，胡成全，樊东霞，何丽莉，曹英晖.基于簇的无线传感器网络密钥管理方案[J].吉林大学学报（信息科学版）.2011（03）.
[2]刘学军，陆海明，周水庚，白光伟.基于小世界的传感器网络查询能量空洞问题[J].计算机学报.2012（12）.
[3]邱杰凡，李栋，石海龙，杜文振，崔莉.EasiCache：一种基于缓存机制的低开销传感器网络代码更新方法[J].计算机学报.2012（03）.
（作者单位：长沙医学院）
无线传感器网络范文第7篇
【关键词】传感器;信息化;高效率;研究现状
1.前言
现在随着人们传感器的要求的提高，并且我国一些物理研究的高速发展，进而可以更好的帮助我国进行无线传感器网络应用的研发，让我们提早的进入无线传感器时代，再加上传感器的廉价，让我们几乎人人都可以接触到无线传感器的网络应用，但随着科技的进步，无线传感器的一些不足也出现在了人们的面前。所以本研究通过分析无线传感器网络应用存在的一些问题，提出了加大无线传感器网络的能量投入，进一步开发传感器的计算能力，加大传感器节点保护力度等针对性解决方案，希望能在以后我国无线传感器网络应用中有所帮助。
2.况无线传感器网络应用中存在的一些问题
2.1 无线传感器网络中能量受限问题
无线传感器网站中的能量受限问题是传感现在面临的一个非常棘手的问题，这也是所有自组织网络共同的特点。随着传感器的用途越来越广，它的能力受限问题主要是由于电量供电不足造成的，目前为止无线传感器网络通常由电量有限且不可更换的电池供电，所以传感器的电源能量极其有限。往往会造成供电不足的现象，这是经常会因为电源能量问题而放弃某些节点，造成无线传感器网络应用受到阻断或是限制。电源能量约束是阻碍无线传感器网络的严重问题。节点传感、处理数据及通信都需要消耗很多能量，而当前民用无线发送接收器电源远远不能满足无线传感器网络需要，这就造成了无线传感器网络应用中的许多麻烦。因此，如何在不影响网络工作前提下节省能量，使网络及节点生命周期最大化，也是无线传感器网络设计、部署过程中面临的又一问题，只有解决了这一问题[1]，无线传感器才能更好的服务于我们。
2.2 计算中存在的能力受限问题
传感器作为新型的信息获取和处理技术，首先要处理许多来自不同地方的各种信息，在这处理过程中不可避免的要用到传感器的计算能力，而无线传感器的计算主要是网络中传感器节点内都有嵌入式处理器与存储器。这些传感器具有一定的计算能力，可以完成一定量的数据处理工作。然而嵌入式处理器与存储器计算能力与容量毕竟有限，在加上现在传感器的用途被人们进一步的开发，所以传感器的计算能力也在人们的要求中不断的加强，来适合这个高信息化的时代，所以面对传感器有限的计算能力是往往不能够到达要求的，所以会在一个高峰期或是一个比较繁忙的时间出现一些错误的现象，这些都是造成一些严重的损失，并且常常都是不可避免的，因此，如何进行批量数据处理是无线传感器网络存在的又一问题。
2.3 传感节点中的问题
传感节点作为无线传感器网络中的一个关键部位，但也是一个比较危险的部分，人们往往建成网络节点后就把它放在了一个自由的环境中。这样就会有许多危险隐患，还有就是当传感节点部署区域一般接近或直接处于敌对环境下[2]，因此极有可能被敌方俘获。而一旦传感节点被俘获，那么敌人可以不用很困难就得到传感节点加密密钥，并进而进行各种攻击，如重发攻击、窜改攻击等等。而传感节点能力实在有限，连自毁等防护措施都很难实现，即使能够实现也会因造价太高而无法使用。因此，只能靠一些物理伪装来降低俘获概率。另外，因为无法区分正常节点与被俘获节点，对节点的信任也很成问题。
3.针对无线传感器网络应用中存在的一些问题的解决措施
3.1 加大无线传感器网络的能量投入
无线传感器中的能量问题我们首先要解决的是容量的问题，这时我们可以开发一些优良的电池，这就要提升一些电池的物理和化学的性质，我们在化学方面可以运用一些化学电池，运用一些离子的浓度差来提供能量，这样一方面可以提供更多的能量，另一方面还可以节约资源，保护环境。在物理方面，我们可以使用一些先进的材料来减少我们能量运输过程中的电阻等一些阻力的问题，这样可以让我们产生的能量更加有效率的传到我们的传感器应用中，让我们的传感器能量更加持久，我们还要改善传感器的接受效率，运用先进的无线接收器来完成无线的传感器网络的信号，只有先进的无线接受器才会在更好的接受信号的同时来完成能量的节省，这样才会保证无线传感器网络的应用更加有保证，更加流利。
3.2 进一步开发传感器的计算能力
我们只有保证了传感器的计算能力才能，才能完成无线传感器的网络应用，计算能力是无线传感器的前提，对于计算能力[3]，我们要开发一些新型的计算模式，一些新型的计算程序来完成我们的计算需求，这就需要我们培养一些计算程序的技术人员，计算机在西方比较发达，我们可以引用一些西方国家的先进计算机理论，我们可以研究西方的计算机理论和我国的计算机理论相结合，在这些基础上我们可以有更大的机会进行创新来研发新的计算程序来适应高速发展的信息处理时代，如果有条件的话，我们可以给一些高等院校进行合作，我们提供资金来支持高校的计算程序研究，来可以派一些技术人员去国外进行深造来进一步提高研发水平，只有我们研发出更好的计算程序，才会从根本上解决传感器的计算能力问题，才能让传感器更好的工作。另一方面我们还可以安装更多的嵌入式处理器与存储器来保证计算的速度，可以保证在网络高峰的时期来进行高速的计算，让信息可以更及时的传达到人们的面前，让传感器网络更好的应用。
3.3 加大传感器节点的保护力度
关于传感器节点的保护措施我们首先要建立一个明确的保护系统，我们要采取跟踪保护的方法，不能再完成节点建设后就把它放在一个自由的环境中，要对节点进行追踪保护，要时刻检查节点，防止其他软件的侵入，造成必要信息的丢失，另一方面还要加大对节点的保密建设，要对传感器节点进行密码保护，及时对方获取到了我们的传感器节点，但是在没有密码的情况下，也不能进行查看或是入侵，这样就加大了保护的力度，还有就是要增大保护的范围，不但要保护传感器节点的安全性，也要保护传感器其他部分的安全性，这样一方面可以给我们传感器工作创造一个良好的氛围环境，另一方面还能加大他人对传感器节点的入侵难度，除了保护之外，我们还要定时的对传感器节点等进行修复，查杀看看有么有潜在的威胁，如果有的话，要立刻进行修复，只有时刻的检查才会让我们的传感器在一个安全的网络环境中进行信息的传递等一系列的任务。
4.无线传感器网络的原理
无线传感器网络一般都包括一台主机或者“网关”，其通过一个无线电通信链路与大量无线传感器进行通信。数据收集工作在无线传感器节点完成，被压缩后，直接传输给网关，或者如果有要求，也可以利用其他无线传感器节点来将数据传递给网关。之后，网关保证该数据是系统的输入数据。
每个无线传感器都被看作一个节点，拥有无线通信能力，同时还具有一定的信号处理与网络数据的智能。根据应用的类型，每个节点都可以有一个指定的地址。如图1所示。
图1
5.无线传感器网络的研究现状
现 状国际上无线传感器网络的研究主要是以美国这些发达国家为首，并且加拿大，英国，德国等国家也相继加入到了无线传感器网络的研究队伍中来了，并且都投入了大量的资金，主要是给高等学府进行投资，结合高等学府的科研力量来完成对无线传感网络的开发，而无线传感器网络的开发也在我国取得了很大的成功，我国的无线传感器网络开发起源于中国科学院，并在中国科学院的基础上相继在各大研究所和高校展开，并都取得了相应的进展，尤其是在清华大学，哈尔滨工业大学，北京邮电大学这些计算机专业先进的院校取得了很大的进展。
6.结语
无线传感器网络的应用已经越来越广泛，影响范围越来越广。本文简单的介绍了我国无线传感器网络应用中的一些问题，无线传感器作为一个传递信息的载体，现也取得了很大的成功，并且帮助我们节省很大的人力和物力，让我们的生活更有了效率，但是在我们对无线传感器网络应用探究的同时，也发现了无线传感器的的一些问题。所以本研究通过分析无线传感器网络应用存在的一些问题，提出了加大无线传感器网络的能量投入，进一步开发传感器的计算能力，加大传感器节点保护力度等针对性解决方案，希望能在以后我国无线传感器网络应用中有所帮助。
参考文献
[1]纪阳，张平.无线传感器网络的体系结构[J].中兴通讯技术，2012（08）.
[2]王建平，史浩山.无线传感器网络的拒绝服务攻击[J].信息安全与通信保密，2012（09）.
[3]杨伟丰，汤德佑，孙星明.传感器网络安全研究术[J].计算机应用研究，2012（06）.
[4]司海飞，杨忠，王.无线传感器网络研究现状与应用[J].机电工程，2011（01）.
[5]杜晓明，陈岩.无线传感器网络研究现状与应用[J].北京工商大学学报（自然科学版），2008（01）.
[6]陈志涛.浅谈无线传感器网络研究现状与应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（09）.
[7]孙向荣.无线传感器网络的研究现状及主要应用[J].电子制作，2013（16）.
无线传感器网络范文第8篇
关键词无线传感器网络;发展;组成;特点;关键技术;应用
中图分类号tp212文献标识码a文章编号 1007-5739(2010)01-0016-02
随着微机电技术、无线通信技术和数字信息处理技术的发展,低成本、低功耗、多功能、小尺寸的传感节点变成现实,此类节点包含有传感、数据处理和通信功能,传感节点可以在短距离内进行通信。与传统传感器不同的是,此类传感器依赖于大量传感节点的协同工作,传感器网络是对传统传感器的一大革新[1]。传感器网络被美国的《商业周刊》评为影响21世纪的21个方面[2],被美国麻省理工学院《技术评论》评为即将改变世界的十大技术[3]。
1无线传感器网络的发展
无线传感器网络的构想最初由美国军方提出,美国国防部高级研究所计划署于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究,这被看成是无线传感器网络的雏形。此后,类似的项目在全美高校间广泛展开,著名的有uc berkeley的smart dust项目、ucla的wins项目以及多所机构联合攻关的sensit计划[4]等。在这些项目取得进展的同时,其应用也从军用转向民用。在森林火灾、洪水监测等环境应用中,在人体生理数据监测、药品管理等医疗应用中,在家庭环境的智能化应用及商务应用中都已形成。
2无线传感器网络的组成
2.1无线传感器网络的节点结构
无线传感器的网络节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成(见图1)[5]。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量。
2.2无线传感器网络的网络结构
传感器网络是由大量的传感节点组成,传感节点部署在检测区域的附件传感器网络结构如图2所示,传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理,监测任务以及收集监测数据。
3无线传感器网络的特点
传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统,节点数目更为庞大(上千甚至上万),节点分布更为密集;由于环境影响和能量耗尽,节点更容易出现故障;环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化;另外,传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用,其次才考虑节约能源;而传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用,这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一[6]。因为无线传感器网络的节点数量巨大,每个传感节点的尺寸和成本的的限制,而且还处在随时变化的环境中,这就使它有着不同于普通传感器网络的独特“个性”。
3.1无中心和自组网特性
在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心,各节点通过分布式算法来相互协调,在无人值守的情况下,节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。
3.2网络拓扑的动态变化性
网络中的节点是处于不断变化的环境中,它的状态也在相应地发生变化,加之无线通信信道的不稳定性,网络拓扑因此也在不断地调整变化,而这种变化方式是无人能准确预测出来的。
3.3传输能力的有限性
无线传感器网络通过无线电波进行数据传输,虽然省去了布线的烦恼,但是相对于有线网络,低带宽则成为它的天生缺陷。同时,信号之间还存在相互干扰,信号自身也在不断地衰减。
3.4能量的限制
为了测量真实世界的具体值,各个节点会密集地分布于待测区域内,人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量,或者从自身以外汲取能量(如太阳能)。
3.5安全性的问题
无线信道、有限的能量,分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此,安全性在网络的设计中至关重要。
4无线传感器网络的关键技术
4.1物理层技术
无线传感器网络是一个开放系统互联,按照国际标准化组织(iso)的规定,为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做物理层。从这个定义可以看出,物理层需要承担为数据终端提供数据传输通路、传输数据和完成管理工作的职责。具体到无线传感器网络就是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术[7]。由于是无线网络,传输介质自然要选电磁波。不过,源信号要依靠电磁波传输必须通过调制技术变成高频信号,当抵达接受端时,又通过解调技术还原成原始信号。
在物理层面上,无线传感器网络遵从的主要是ieee 802.15.4标准。依照此标准,其物理层主要进行如下工作:激活和去活无线收发器,检测当前信道的能量,发送指示,信道频率的选择,数据发送与接收。ieee 802.15.4标准规划了几个工作频段。其中,2.4ghz频段的物理层可提供250kb/s的数据传输率,适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场合;工作在869/915mhz频段的物理层则能提供20kb/s的数据传输率,适用于低速率、高灵敏度和大覆盖面积的场合。依据ieee 802.15.4标准的协议被称为zigee,其传输带宽虽然不及wi-fi和blue tooth,但是能耗较低,非常适合无线传感器网络[8]。图3为各无线协议工作的频段。
4.2mac层协议
信号的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种宝贵的资源。如何合理有效地分配信道,是数据链路层中的mac子层要解决的问题。
无线传感器网络经常使用的有3种mac协议,即传感器协议(s-mac)、分布式能量意识协议(de-mac)和协调设备协议[9]。s-mac协议通过调配节点的休眠方式来有效地分配信道;de-mac则采用周期性监听和休眠机制,避免空闲监听和串音,其目的是减少能耗和增加网络的生存周期;md协议则能为大规模、低占空比运行的节点提供不需要高精度时钟的可靠通信。总体来说,无线传感器网络的mac协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低。
4.3路由协议
在具备底层传输协议的保障后,信息如何快速地从源传输到目的地是由路由协议来解决的。路由要实现2个基本功能,即确定最佳路径和通过网络传输信息。数据传输的途径存于路由表,由路由算法初始化并负责维护[8]。无线传感器网络与普通的网络不同,它具有能量受限、通信方式以数 据为中心、相邻节点的数据具有相似性、拓扑结构也在不断变化等特点。与此对应,常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络。
4.4能量管理
能耗是无线传感器网络所面临的最大问题,因为节点长期处于无人值守的状况下,有效的能耗策略必不可少。目前最常使用的策略是休眠机制,即在节点空闲时,使其处于休眠状态,此时其能耗降到最低。但是休眠的节点在转回正常状态的时候,往往会消耗大量的能量,因此寻找合理的状态转换策略是确保休眠机制成功的关键[10]。数据融合是另一项节能技术。多个邻近节点经常会采集同样的信息,发送这些冗余信息就给系统增加了不必要的负担。因此,通过本地计算和筛选,确保发送出最有效的信息就是数据融合的任务。其他能量管理策略还有冲突避免和纠错以及多跳短距离通信等。
4.5软件支持
tinyos是uc berkeley针对其无线传感器网络节点开发的操作系统。该系统不同于传统意义上的操作系统,它更像一个编程构架,在此构架下,搭配一组必要的组件,就能方便地编译出面向特定应用的操作系统。tinyos由众多组件组成,包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、通信组件和硬件抽象组件。每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和事件处理程序,它们通过接口声明所调用的命令和将要触发的事件。调度器则负责根据任务的轻重缓急来安排系统的工作。crossbow公司生产的mica传感器平台上就使用了tinyos系统[11]。实践证明,其基本应用只占用很少的系统资源,能圆满的完成数据采集、处理和通信组网以及数据传输等任务。
5无线传感器网络的应用
商业化的无线传感器产品中最常见的就是智能节点。uc berkeley是无线传感器研究开展较早的美国高校。基于他们研发成果的无线传感器器件被称为mote,这也是目前最为通用的一种无线传感器网络产品,是由crossbow公司生产的。最基本的mote组件是mica系列处理器+无线模块,完全符合ieee 802.15.4标准。最新型的mica2可以工作在868/916、433、315mhz 3个频带,数据速率为40kb/s,通信范围可达304.8m。其配备了128kb的编程用闪存和512kb的测量用闪存,4kb的eeprom,串行通信接口为uart模式。著名的芯片公司ti也推出了基于其低功耗处理器msp430单片机的无线传感器网络的组件和模块。
无线传感器网络范文第9篇
关键词： 无线传感器；非视距定位；网络
中图分类号TN8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）53-0160-02
1 无线传感器网络的作用
计算机、通信、自动控制、微电子机械系统和人工智能等学科的飞速发展，使无线传感器网络应运而生，成为目前众多领域中的研究热点之一。无线传感器网络对现代人类生活产生了极大的影响。如今，因特网为人们提供了快捷的通信平台，人与人之间沟通交流的方式有了很大改变。无线传感器网络的出现引起各国工业界和学术界以及军事部门的极大关注， 这种无基础设施的无线网络的节点通过无线通信形成多跳的自组织网络系统，具有通信和计算能力的微型传感器布置在监测区域内大量，并且非常廉价。对在网络覆盖区域中各种环境或感知对象信息进行协作地感知、采集和处理。优点是具有快速部署、自组、廉价、低功耗、可扩展性强以及能在恶劣和特殊的环境下正常工作等，在工农业控制、城市管理、环境监测、国防军事、生物医疗、危险区域远程控制、反恐救灾等众多领域具有极为广阔的应用前景。
节点定位问题是传感器网络应用的基础，近几年对节点定位问题的研究也很广泛。节点定位技术是无线传感网络的一个主要支撑技术，无线传感器网络在计算机软硬件所组成计算世界与实际物理世界之间建立了更为密切的联系，极大地提高了信息的真实程度。例如，在入侵检测、目标跟踪、环境监控等应用中，在什么位置或区域发生了特定事件是用户最关心的问题。实现对外部目标的定位、跟踪等是通过传感器网络节点位置有效地说明被检测物体的位置。在网络层，可以设计基于节点位置信息的路由算法，提高路由效率，减少路由发现等开销，实现网络的负载均衡；在应用层，系统可以智能地根据节点位置，选择一些特定的节点来完成任务，提高系统的存活时间，降低整个系统的能耗。
由于传感器网络规模比较大，通常随机部署在人类无法或不宜接近的区域，不需要干预，多用于较为恶劣的环境，如火山口附近。由于节点受到体积、重量以及制造成本等条件限制，单个节点不易得到补充，并且所能承载的能量非常有限。所以，在部署时不可能人工确定节点位置，若在每个节点上都装备GPS定位系统，却因其造价昂贵而不适合用于廉价的传感器网络节点，针对无线传感器网络的特点，必须设计独特的节点定位机制和算法。
2 无线传感器网络
传感器将物理世界中的一个物理量映射到一个定量的测量值，是数据采集、信息处理的关键部件，它使人们对物理世界形成量化认识。随着微电子、计算机和网络技术的发展，传感器技术已经向着智能化、网络化、微型化、集成化的方向发展。
无线传感器网络是由具有通信与计算能力的、大量无处不在的微小传感器节点，在无人职守的监控区域密集部署，构成的根据环境能够自主完成指定任务的智能测控网络系统无线传感器网络其发展可划分为4个阶段。第一代传感器网络是具有简单点到点信号传输功能的传统传感器。随着相关学科的不断发展和进步，通过与传感控制器的相联，第二代传感器网络组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，现场控制站间是采用数字化通信。第三代传感器网络是通过开放式的、全数字双向网络现场总线连接智能化的现场设备和控制室，它是基于现场总线的智能传感器网络，使得将多种传感器集成为一体，成本低廉，但测量精度低、覆盖范围小，通过低功耗的无线电通信技术连成网络才能发挥其整体的综合作用。第四代传感器网是无线传感器网络，多种无线通信技术的发展，如无线电、红外、声波等为微传感器间通信提供了多种选择，以IEEE802.15.4为代表的短距离无线电通信标准奠定了无线传感器网络坚实的基础。
无线传感器网络特点如下：
通信能力有限，无线传感器网络为多跳通信模式。随着距离的增加，通常情况下，节点的通信能耗将急剧增加。在满足网络连通度的情况下，应尽可能的减小单跳通信距离。
传感器节点电源能量有限，不能通过更换电池的方式补充能量。节点体积微小，通常电池供电十分有限，传感器分布区域广，节点个数多，网络部署环境复杂，电源能量值决定网络寿命，无线传感器网络的一个突出问题就是如何高效使用能量，使网络生命周期最大化。
计算和存储能力有限，传感器节点的功能比一般计算机弱。传感器网络节点要求必须满足功耗小、价格低，导致其携带的存储器容量比较小、处理器能力比较弱。
自组织网络。在传感器网络的应用中，传感器节点随机部署，节点之间的相互邻居关心不可预知。节点以自组织方式构成网络。与此同时，部分节点在通信过程中，会随时因为各种因素而失效，为了弥补失效节点，网络中的节点个数动态变化，拓扑结构也会随之一起变化，它要求传感器网络还要具有网络自动配制和管理功能。
大规模、高可靠性网络。节点的部署相当密集，为了保证能够完成任务，在目标区域通常部署大量传感器节点。节点可通过不同空间视角获得信息，通过分布式处理，大量采集的信息监测的精确度得到提高，减少监测盲区，除此之外，系统具有很强的抗毁性和容错性。
以数据为中心的网络，面向应用的网络。传感器网络是任务型网络，网络节点采用节点编号标识，但节点位置跟节点编号不存在必然联系。传感器网络具有非常广阔的应用领域，但只能针对具体的应用来研究传感器网络技术。
3 基于距离几何的非视距定位算法
无线传感器网络具有非常广阔的应用前景，无线传感器网络应用的前提是传感器节点能够自身定位。针对无线传感器网络的定位问题，国内外学者提出了许多定位算法。测距定位算法在较少锚节点的应用或要求较高定位精度或，非基于测距的定位算法需要大量的锚节点，定位精度不高。理论上，使用测距技术能提高定位精度，但节点间的距离测量容易受非视距传输、多径、多址干扰影响，是测距定位中误差的主要来源，从而损害定位精度。
在相互感知范围内节点间距离可以直接测量，不然需使用一些近似的方法估计距离值，由于测量躁声和NLOS误差的存在，距离测量值不精确，节点间存在的距离几何。其算法利用节点间的距离几何关系，构造距离误差优化约束函数，提高定位精度，能够有效地减少NLOS误差。在实际中，信号的非视距传播非常多，表现在信号延迟的增大、信号强度的衰落和到达角度的改变，导致定位误差。完全消除NLOS误差对定位精度的影响是不可能的，NLOS定位误差取决于物理传播环境，节点的距离测量值中就包含了NLOS误差和测量随机误差，但可能通过一些方法尽量减少它的危害。
非视距定位技术的分类：
NLOS传播模型定位法。其定位性能依赖于模型的准确程度。
NLOS鉴别和消除定位法。通常用于LOS传播路径和NLOS传播路径并存的情况。
约束优化定位法。经常用于没有任何关于NLOS误差先验知识的情况下。
指纹定位法。定位分为离线、定位两个阶段，适用于室内、园区空间有限应用环境。
针对NLos误差的定位算法大致分为两类：一类是建立在未知节点与锚节点及测量距离之间的几何关系基础上，称为几何法，;一类是称为非几何定位，它基于信号本身的统计特性或NLOS误差。
三边测量法是基于测距的定位算法中计算坐标的基本途径。常用的测距技术有TDOA AO ，RSSI和TOA。无线传感器网络节点定位在计算模式上可分为分布式和集中式。分布式定位是把定位过程分布到各个节点上，直接进行自身位置估计。分布式定位中每个节点能耗相对均匀，适用于大规模网络环境，网络的连通性得到保证。算法的可扩展性好；集中式定位从全局的角度出发，收集信息到中心节点统筹规划。其主要优点是普通节点计算负担小，可以获得相对精确的位置估计。但通信开销比较大，容易导致网络的不连通性，当部分节点能量失效时，需要进行新节点的补充，集中式定位算法需要重新收集节点信息，使得网络的拓扑结构发生变化，造成通信开销的浪费，可扩展性差。
无线传感器网络的节点定位按照节点定位的先后次序不同，又可分为递增式和并发式定位。递增式定位从锚节点附近的节点开始，各个节点依次向外延伸定位，它存在着误差累积的问题，并且随机抛洒的节点间拓扑结构不好控制，网络中节点定位覆盖率不高。并发式定位主要应用在小型的传感器网络中，所有节点要求参考节点具有较大的通信范围，同时进行位置计算，当网络规模比较大时，较多采用递增式定位方法。
总之，目前的定位算法仍需要较高的锚节点密度、存在定位精度不高、高通信负载和计算过于复杂等问题。为适用大规模无线传感器网络，节点的分布式定位算法具有较少的通信代价和计算代价，能有效利用多跳锚节点的位置信息。
参考文献
[1]D.Cullar，D.Estrin，M.StrVastava. Overview of Puter，2004，37.
[2]于海斌，曾鹏，等.智能无线传感器网络.科学出版社，2006.
无线传感器网络范文第10篇
【关键词】无线传感器网络;通信协议;研究
引言
随着通信技术和嵌入式计算机技术迅速发展，传感器技术也有了一定的发展，无线传感器网络是由大量的成本低、耗能低，并且具备感知能力、计算能力以及无线通信能力的微型传感器节点，通过自组织的方式构成的网络。这些由微型传感器节点构成的传感器网络，能够协作地实时监测或感知网络分布区域内的相关信息，并对这些信息进行处理，从而获得详细而准确的信息，并将其传送给需要信息的用户。无线传感器网络作为一个研究的热点，仍然存在着很多的问题，最重要的就是无线传感器网络通信协议问题，只有设计合适的协议，才能够有效的延长节点和网络的使用寿命。
1.无线传感器网络概况
无线传感器网络是集数据采集、综合处理和通信功能为一体的分布式的自组织网络，集合了传感器、控制器、计算能力以及通信能力于一身的嵌入式设备，具有众多类型的传感器，可以探测包括地震、温度、噪声等周围环境中多样的现象[1]。传感器网络实现了数据的采集、处理以及传播这三种功能，并且和通信技术、计算机技术共同构成信息技术的三大支柱，无线传感器具有网络规模大、自组织、网络动态性以及可靠性等特点[2]。无线传感器网络是一种基于特定应用的系统，对于不同的应用有不同的系统设计，目前实用的无线传感器网络系统比较少，并没有一种统一的标准来定义无线传感器网络的架构，无线传感器网络作为目前信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，网络传感器网络的关键技术有网络拓扑控制、网络协议以及无线通信技术等，一般主要应用于军事、环境监测以及民用等方面，并且引起了各界的广泛关注。
2.无线传感器网络通信协议研究
无线传感器网络自身比较脆弱，容易受到强大攻击点的破坏，由于体积比较小，所带的电磁量也有限，传感器各层通信协议涉及应把节能和性能放在同等的位置，可以给传感器硬件限制加密机制，以保护无线传感器的安全性能。无线传感器网络的安全和一般网络是一样的，都需要解决机密性、完整性以及安全管理等问题，这些安全问题在网络协议的各个层次中都应该充分的考虑，可以进行加密管理或者是身份认证，要加强研究防攻击术，全面保证无线传感器的安全。我们将从物理层协议、数据链路层协议以及传输层协议和应用层协议对无线传感器网络通信协议进行研究。物理层协议研究涉及无线传感器网络采用的传输媒体[3]、频段选择和调制方式，目前主要采用的传输媒体有无线电和红外线等，无线电传输是目前的主流方式，但是需要解决频段选择、节能的编码以及调制算法设计这三个方面的问题，和无线电传输相比，红外线传输不需要复杂的调制和解调机制，接收器电路也比较简单，并且单位传输功耗较小，但是这种传输方式不能够穿透非透明物体，所以智能在一些特殊的DSN系统中使用。
数据链路层协议可以分为拓扑生成和信道接入方式这两种，拓扑生成分为平面结构和层次结构，在平面结构中所有的网络节点都是处于相同的平等地位，是不存在任何等级和层次差异的，所以也可以称为对等式结构，这种结构比较简单，不用进行任何结构的维护工作，也不容易产生瓶颈效应，具有较好的健壮性[4]。层次结构和平面结构是相互对应的，层次结构的拓展性比较好，并且便于管理。信道接入方式有三类，固定分配类和随机竞争类以及混合类。由于DSN自身在通信可靠性方面存在着一定的弱点，导致在实现传输层协议的传输控制时面临着较大的困难，目前对于传输控制主要集中在错误恢复机制，并且对于这方面的研究也比较少，如何在拓扑结构和信道质量动态变化下进行数据传输服务，将成为这一行业研究的重点。
应用层协议和具体的应用场合环境密切相关，在具体的设计中使不可以通用的，也就是说必须要针对具体的应用需求进行设计，但是应用层的主要任务就是获取数据并且进行初步的处理，这是所有场合中应用层的共同点。网络节点实现数据采集计算或着是传输功能，都是需要消耗能量的，如果在短时间内不对产生的数据量进行处理而直接传输，将会造成网络堵塞，建设网络的寿命，也就是说在考虑采用高能效网络通信协议和数据局部处理方法，是难以实现的。
3.结语
无线传感器网络很好的将传感器技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理技术以及无线通信技术综合在一起，并且能够协调实时地进行检测，感知和采集各种所需信息。由于无线传感器网络具有灵活、可扩展和快速部署等特点，在军事、医疗以及环境等领域有较高的应用价值，应该要加强对这一技术的研究，并广泛的应用到实际生活中。
参考文献
[1]陈得民，张威，周浩南，沈唯真.基于MEMS力传感器的智能绑带装置研制[J].自动化与仪表，2014（02）.
[2]赵俊栋，赵炎鑫.无线传感器网络通信体系研究[J].信息通信，2014（01）.
[3]黄雪兵，孔令成，张志华，孙庆元.便携式无线传感网络测试系统研究[J].仪表技术与传感器，2013（11）.