无线传感器网络范文

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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.

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0.引言

随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和通信技术等几种技术的融合和汇聚，具有感知信息、数据处理、存储和通信能力的微型传感器被应用于国防军事、工业生产、环境监测等多个领域。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks ,WSN)是由一组稠密布置的微型传感器组成的无线自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域内感知对象的信息，并给观察者。相对于有线传感器网络而言，无线传感器网络具有成本低、应用灵活、部署快速等优点，具有很大的应用空间。无线传感器网络已在军事、安全、环境、工业、交通、健康和家居等领域，有着广泛的应用。

1.无线传感器网络的体系结构及特点

1.1无线传感器网络的结构

无线传感器网络由大量集传感与驱动控制、计算存储、通信于一体的的嵌入式传感器节点构成。这些传感器节点通常包括传感器节点、网络协调器节点和应用管理器节点。应用时，传感器节点分布在不同的角落，采集节点周边的温度、湿度、光强度、噪声、压力、速度等物理信息，各传感器节点将采集到的信息发送给特定的对象。图1为无线传感器网络的结构。

图1 无线传感器网络结构

传感器节点具有信息采集和处理的能力，是由传感器模块、数据处理模块和无线通信模块组成的微系统。传感器模块负责采集外界环境的物理信息并将物理信号转换为数字信号；数据处理模块对数字信号进行编码等处理；无线通信模块负责将信息传送到网络中。传感器节点实质是以自组织的形式构成无线网络。网络协调器节点具有信息处理能力和网络管理能力，实现传感器节点与应用管理器节点之间信息的交换。应用管理器节点是用户于传感器网络的接口。用户通过应用管理器节点实现处理无线传感器网络采集到的信息和向无线传感器网络应用指令的交互。

1.2无线传感器的特点

无线传感器网络能够得到广泛的应用，因其具有以下特点：

1.2.1节点规模大、节点体积小

无线传感器网络中传感器节点密度高，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多。体积小是无线传感器网络节点一个重要特点，也是实现大量部署的内在要求。

1.2.2自组织

无线传感器网络根据组网机制和网络协议自动对网络进行配置和管理，传感器节点有自组织能力，能够自动形成无线通信系统不需要固定的基础设施作为网络枢纽。

1.2.3能适应复杂环境

传感器网络主要分布在各种条件恶劣的环境，如军事边界或者一些人员难以进入地区。同时，节点容易受高山、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。

1.2.4部署容易且成本低

只需要在目标区域进行随机部署，不需要指定特定的位置。相对于有线网络传输，无线网络传输降低了各种成本。

1.2.5可靠性高

无线传感器节点资源有限，其生命周期主要取决于电池。对无线传感器节点进行维护、回收和替换的可能性很小。因此，无线传感器网络要具有信息传输的高度可靠性和对节点失效的高度容错性。

2.无线传感器网络的应用

2.1军事建设

无线传感器网络以其快速布署、自组织和容错等特点，成为军事通信控制系统的重要组成部分，可用于兵力、装备弹药和物资的监控，阵地和敌情的侦查，战场的监视，生物化学攻击的判断、目标的指示，战损的评估等。

2.2工农业生产

通过传感器监测设备的震动、和磨损情况，可以迅速得到设备的健康状态;通过在生产线上布署传感器网络，可以方便的实现在线质量控制。无线传感器网络为提高设备性能、提升产品质量、降低成本，提供了一种很好的技术方案。

我国是一个农业大国，深化现代技术在农业中的应用，对推进我国农业生产产业化和现代化进程具有重要作用。将无线传感器网络技术应用于现代农业，可实现农业信息采集以及远程传输，为科学决策提供可靠依据。

2.3环境监测

在环境科学研究中，无线传感器网络为大规模野外数据采集和气候气象监测提供了便利，可用于跟踪候鸟、小型动物和昆虫的迁徙地球探测，林火和洪水监测等。如美国Berkley等单位在美国缅因州的GreatDuck岛对海燕栖息地的生态环境监测；肯尼亚MPala研究中心对大规模野生动物(野马，斑马等)的栖息地进行考察研究；挪威对冰河观测以了解地球气候的变化。

2.4安全监控

通过在监控藏所部署无线传感器网络，利用场所附近的声音、震动、光、温度等物理信息的变化，了解被监控对象的状态，来防止非法入侵、安全事故等。目前应用较多的是煤矿、电站、通信枢纽、行政中心等。如实时监控煤矿井下环境来进行灾害预警，实时监控井下人员和设备的位置来对其进行资源调度，并为灾后的辅助救援提供支持。

2.5智能交通

将无线传感器网络应用到智能交通系统，作为它的一个信息采集和通信子系统。这个子系统充分利用了无线传感网络覆盖范围广、灵活性好和易于大规模部署等特点，来采集全路段的车辆和路面信息。相对于有线交通信息采集通信系统而言，大幅度地降低现有交通监控网络的成本。通过车载和道路传感器的配合，驾驶者和交通控制人员可以实时地了解路况和交通信息。布置于道路上的速度识别传感器，可以监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，并且在发现违章时能及时报警和记录。 （下转第143页）

（上接第131页）2.6医疗健康

利用无线传感器网络节点体积小、易于植入和便于携带等特点，其可以用于医院药品控制、病人生命体征不间断采集和监测等领域。

2.7教育教学

无线传感器网络作为计算机最前沿技术之一，是泛在学习的技术支撑。无线传感器网络的网络实时性、网络自组性等为我们未来的学习方式以及教学开辟了新的思路。如乒乓球训练田、足球裁判辅助系统等可以提高教学效果。

2.8家居生活

通过布置于房间内、家电中的无线传感器网络节点，实现自组织无线传感器网络系统，感知居室不同部分的温度、湿度、光照、空气成分等信息，从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制，同时可实现家电之间的交互和远程控制，提供给人们舒适的居住环境。

3.结语

无线传感器网络融合了微机电、传感器、嵌入式计算、网络技术、无线通信和信息处理等技术，知识高度集成，创新度高，是在国际上前沿热点研究领域之一，应用前景广阔，对国家安全、社会进步、经济发展意义重大。这种多学科交叉融合的研究给人们提出了不少新的挑战，无线传感器网络技术的发展还有许多要攻克的难题。

【参考文献】

［1］孟庆斌. 无线传感器网络应用研究[C]. 天津大学,2009.

［2］陈闻杰.无线传感器网络及其应用研究[C].复旦大学,2006.

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一、引言

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）包含大量智能传感节点，分布在大范围地理区域内，近似实时地监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，并对数据进行处理，获得详尽准确的信息传送给用户。WSN以其监测精度高、布设灵活性强、造价低廉等特点，在军事侦察、工业控制、交通监管、环境监测等领域具有非常广阔的应用前景[1]。

由于单个传感器节点的通信、处理和感知能力有限，无法处理大规模复杂问题，多数情况下不能获取网络全局信息，传感节点要求具有协同通信功能。WSN的协同主要是指资源的协同、任务的协同、信号与信息的协同。资源的协同和信号与信息的协同从根本上是为任务协同服务的[2]。本文通过对协作技术研究中的一些热点问题进行分析，展望无线传感器网络协作技术研究中一些很有前景的研究方向。

二、无线传感器网络协作技术研究热点

（一）协作任务描述

任务描述是任务协同的基础，任务描述能力直接影响任务分配系统的复杂性。WSN的任务描述涉及两方面的内容，即对任务功能进行描述和对参与任务的节点进行描述。根据WSN的特点，感知任务可以从面向应用和面向任务分配两个角度加以描述。

文献[3]分析比较了当前具有代表性的几种无线传感器网络任务描述方式，如有向无环图、抽象任务图、基于角色的任务图、类SQL查询语言描述等。目前并没有一种任务描述方式能同时从两个角度出发有效地对任务进行描述。

（二）协作信号处理

协作信号信息处理协作信号信息处理（collaborativesignalandinformasionprocessing，CSIP）技术。文献[4]描述了CSIP针对WSN网络的特点，在数据表达、存储、传输和处理等方面研究新的方法和算法来满足应用对信息精度、网络节能、低延迟、可扩展和高可靠的要求。

文献[5]分析WSN的特点和CSIP的需求，讨论它的一般流程和主要处理模式，接着结合功能框架，归纳并总结目前已有的主要方法。CSIP基于节点间的协商和合作，选择合适的传感节点参与协作，平衡节点个体和网络整体在协作过程中的信息收益和资源代价，解决网络信息处理中的驱动机制、节点选择、处理地点、时机和算法等问题。

（三）协作时间同步

无线传感器网络的应用通常需要一个适应性比较好的时间同步服务，以保证数据的一致性和协调性。时间同步是同步分布式数据感知和控制所必需的。在无线传感器网络中协调、通信、安全、电源管理和分布式登陆等，都依赖于现有的全局时间。

文献[6]提出了协作时间同步同步的概念。协作同步原理如下：如果时间基准节点按照相等的时间问隔发出多个同步脉冲，其周围单跳节点接收后依据这一系列个脉冲的发送时刻估算出时间基准节点的下一个脉冲发送时刻，并在该时刻同时发出同步脉冲。此脉冲信号会扩散至周围单跳节点。如此重复下去，最终网内所有节点都会同时发出同步脉冲，即达到了同步状态。

（四）MAS协作

多Agent系统（Multi-agentSystem，MAS）是分布式人工智能的重要研究领域，agent可以定义为具有目标、知识和能力的软件或硬件实体，能力包括感知、行动、推理、学习、通信和协作等。

agent利用局部信息进行自主规划，通过规划推理解决局部冲突以实现协作，进而实现系统整体目标。Agent体系结构、交互语言、协商策略研究较为成熟，并且与WSN具有很多相似性。因此，可以考虑在WSN协作中引入agent。

文献[7]提出了一种WSN中基于P2P的多agent数据传输和汇总系统架构。此构架包括接口agent、查询agent、路由agent及数据采集agent。接口agent与用户交互，路由agent负责能源效率的数据传输。查询agent为agent与路由agent之间的协作提供便利的接口，并负责建立优化计划，以实现其预定目标。接口agent和查询agent放置在资源丰富的基站，因为它们需要计算密集操作。数据采集agent负责采集，筛选和格式化传感器的数据。提供MAS架构和设计，使它们在WSNs中能够协调和沟通，彼此之间相互传输和汇总数据。

三、总结与展望

随着WSN商业应用越来越广泛，WSN研究面临的挑战也日益严峻。单个的能源、功率、功能均受限的传感器节点需要协作完成任务。针对传感器间的协作技术的研究也日益受到重视。目前的协作研究仅仅局限在一些具体问题上，尚未形成通用方法。本文分析WSN协作研究还是很有前景的。

参考文献：

[1]孙利民、李中建、陈渝等，无线传感器网络[M]．北京：清华大学出版社，2005.

[2]于海斌、曾鹏，智能无线传感器网络系统[M]．北京：科学出版社，2006:212-222.

[3]谷建华、沈沉、彭力静、李志刚，基于无线传感器网络任务描述方式的研究与比较，计算机应用研究，2008，25（5）:1292-1294.

[4]KumarS，ZhaoF，ShepherdD．Collaborativesignalandinformasion，processinginmier-esensornetworks[J]．IEEESignalProcessingMagazine，2002,19(2):13-l4.

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1 ZigBee技术

ZigBee技术是一种低成本的双向通信技术，与其他无线通信技术相比，ZigBee技术的优点突出表现在以下几个方面：通信速率高、使用掌握该技术简单、能耗低、传输速率虽低但相对其他无线传输技术速率有较大提高、安全性能较高。

ZigBee协议栈自上而下由应用层、应用支持子层、网络层、介质访问层和物理层组成。其中，每一层都由下层来提供服务，数据传输服务由数据实体来提供，而其余服务由管理实体来提供。通过服务接入点SAP，服务实体给上层提供接口，而每个SAP都会支持一定数目的服务原语，从而完成所需要的功能。ZigBee的分层架构是在OSI七层模型的基础上根据实际应用制定的。

2 组网流程

本设计采用星型结构。中心节点是由全功能设备协调器实现的，协调器节点主要是建立网络和管理网络，同时还可以实现与终端节点的数据交换。而终端节点在该网络中是下位机，主要完成数据采集，以及向协调器发送采集到的数据。

ZigBee网络实现的大概顺序为：

（1）协调器建立网络；

（2）终端节点发现网络；

（3）终端节点申请加入网络，协调器响应该请求；

（4）节点间开始数据通信。

其组网流程图如图1所示。

在TI公司推出的Z-stack的协议栈里应经定义了三种网络拓扑方式的语句，只需要在头文件里调用相应的函数就能实现组网功能。

3 协调节点程序设计

网络协调器是网络中的首要设备，负责启动整个网络。在一个ZigBee网络中，仅仅可以存在一个网络协调器，但允许有多个路由器和终端设备存在。网络协调器的软件设计主要包括协调器新建网络、向上位机传输数据及接收传感器节点发送数据。

4 终端节点程序设计

ZigBee传感器节点一般只能收发数据，它主要接收并处理传感器采集的数据，并发送数据到网络协调器或路由节点。它的软件设计主要包含传感器采集部分和网络通信部分，即数据的收和发，该部分设计与网络协调器部分基本类似。传感器节点不能维持网络的结构，因此当采集数据不被需要时，可以睡眠或者也可以唤醒。使传感器节点初始化是先为参数设置初始值，然后启动发现网络再选取适当的网络与其相连接。

5 总结

本文通过分析大量参考文献，对无线传感器网络技术及ZigBee技术等相关知识进行了深入的学习和理解，在全面探讨系统各个影响因素的基础上，分析研究了ZigBee网络的拓扑结构、通信方式、ZigBee协议栈，并采用CC2530无线射频芯片完成了节点之间的相互通信，完成系统的开发与调试，能够达到设计的要求和预期效果。

参考文献

[1]李道亮.农业物联网导论[M].北京:科学出版社,2012.

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目前，传感器网络研究的一个重要方面是在能量严重受限的微型节点上如何实现简单的环境数据采集、传输与处理。然而，随着监测环境的日趋复杂多变，迫切需要将信息量丰富的图像、音频、视频等媒体引入到以传感器网络为基础的环境监测活动中来，实现细粒度、精准信息的环境监测。由此，无线多媒体传感器网络应运而生。

一、无线多媒体传感器网络的特点

无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Sensor Network, WMSN)是在传统无线传感器网络(WSN)基础上引入了音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的一种新型传感器网络，多媒体传感器网络除了具有其共性特点以外，还具有显著的个性特点。具体表现为以下几个方面：

（1）网络能力增强。由于大数据量音频、视频、图像等媒体的引入，多媒体传感器节点及网络能力都有显著增强。为更好地满足网络中多媒体传输需求，网络带宽资源也相应增加。

（2）感知媒体丰富。音频、视频、图像、等多种类型数据共存于多媒体传感器网络中。另外，媒体格式多样，既包含单值信息，又包含流媒体信息。这些媒体信息共同服务于监测任务，实现更为全面、准确的场景监测。

（3）处理任务复杂。多媒体传感器网络采集的音频、视频、图像信息丰富且格式复杂，我们可利用压缩、识别、融合等多种处理以满足多样化应用需求。

二、无线多媒体传感器网络的研究现状

由于WMSN巨大的应用价值，近年来，多媒体传感器网络技术的研究己引起了科研人员的密切关注，一些学者开展了多媒体传感器网络方面的探索性研究，在IEEE系列会议、ACM多媒体和传感器网络相关会议发表了一些重要的研究成果。从2003年起，ACM还专门组织国际视频监控与传感器网络研讨会交流相关研究成果。美国加利福尼亚大学、卡耐基梅隆大学、马萨诸塞大学、波特兰州立大学等著名学府也开始了多媒体传感器网络方面的研究工作，纷纷成立了视频传感器网络组并启动了相应的科研计划。

三、无线多媒体传感器网络关键技术

（1）节点系统。传感器节点系统是构成无线多媒体传感器网络的基础，目前已经设计或生产的无线传感器网络节点可分为两类：一类是以通用微处理器为核心部件，类似嵌入式系统方式设计的节点；另一类则是采用FPGA，ASIC等专用器件设计的平台。

（2）MAC协议。媒体访问协议(MAC协议)的主要功能是在相互竞争的传感器节点之间分配有限的无线信道资源，它决定着无线信道的使用方式和网络性能，是关系到网络运行成功的重要技术。

（3）路由协议。路由协议是WSNs研究的重点之一，其功能是在网络中任意需要通信的两点间建立并维护数据传输路径。针对无线传感器网络节点资源严重受限，网络拓扑结构变化频繁，通信方式以数据为中心等特性，目前国内外研究人员已经设计了很多路由协议，其中较为常见的有SPIN，DD，CADR，LEACH，PEGASIS等。

四、无线多媒体传感器网络的研究热点及其进展

在传统有线网络中由于网络传输中的延迟、抖动、网络拥塞及发送端的发送速度与接收端的接收速度不匹配等问题在无线多媒体传感器网络中同样存在，因此在无线多媒体传感器网络中保证多媒体同步除了面临传统网络中的问题，还存在一些新挑战，分析如下：

（1）网络带宽问题。带宽资源是网络资源的一个重要方面。目前大多数无线多媒体传感器网络QoS路由协议都以最小可用带宽作为QoS度量。然而，无线传输媒介属于广播媒介，一个节点的带宽资源不仅要受到一跳邻居节点和两跳邻居节点的影响，还要受到这些节点自身业务量变化的影响，而且多媒体传感器网络的带宽又十分有限，因此如何合理利用有限带宽是多媒体同步的关键问题。

（2）网络延迟抖动更为剧烈的问题。在无线多媒体传感器网络中，节点使用无线媒介进行通信，无线信号传输面临着路径损耗、多径衰落和干扰等环境因素的影响，从而导致网络的延迟抖动更为剧烈多变，因此造成网络的控制开销大大增加，使得无线多媒体传感器网络中的多媒体同步比固定网络中的同步要复杂得多，导致对网络延迟抖动的处理更加困难。

（3）采集数据节点协同工作的问题。在无线多媒体传感器网络中，由于任务较为复杂，因此完成一项数据采集任务时，需要多个节点协同工作，但由于控制信息从汇聚节点发出，通过不同的路径到达各个协同工作的目的节点，导致各个目的节点收到控制信息的时间不一致，从而不能协同工作，导致在数据采集编码阶段不同媒体流之间产生了不同步现象。

五、无线多媒体传感器网络应用

多媒体传感器网络在军事、民用、商业中都具有非常广阔的应用前景。具体的应用领域集中在：

（1）战场侦查与监控。多媒体传感器网络具有快速部署等特点，在战场上布设大量的WSN，以收集和中继信息，并对大量的原始数据进行过滤，然后把重要信息传送到数据融合中心，大大提升指挥员对战场态势的感知水平。

（2）智能家居网络。在智能家居无线网络中最基本的单元是无线传感器节点, 它的功能是负责传感和对信息预处理, 响应监控主机的指令发送数据，如监测跟踪孩子的活动轨迹等。

（3）环境监测。WSN非常适合应用于野外环境，极大地方便了环境研究所需的原始数据的获取。

（4）农业监测。无线传感器网络具有的实时性监测，无线通信特点，使其在农业生产上有很大发展前景。

参考文献：

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0.引言

电系统(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系统（SOC，System on Chip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

本文就无线传感器网络原理、特点以及主要应用进行分析。

1.无线传感器网络原理

所谓传感器网络是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：传感单元（由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。此外，可以选择的其它功能单元包括：定位系统、运动系统以及发电装置等。在传感器网络中，节点通过各种方式大量部署在被感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析。一个典型的传感器网络的结构包括分布式传感器节点（群）、sink节点、互联网和用户界面等。传感节点之间可以相互通信，自己组织成网并通过多跳的方式连接至Sink（基站节点），Sink节点收到数据后，通过网关（Gateway）完成和公用Internet网络的连接。整个系统通过任务管理器来管理和控制这个系统。传感器网络的特性使得其有着非常广泛的应用前景，其无处不在的特点使其在不远的未来成为我们生活中不可缺少的一部分。

2.无线传感器的体系结构概述

无线传感器网络包括4类基本实体对象：目标、观测节点传感节点和感知视场，另外，还需定义外部网络、远程任务管理单元和用户来完成对整个系统的应用刻画。大量传感节点随机部署，通过自组织方式构成网络，协同形成对目标的感知视场。传感节点检测的目标信号经本地简单处理后通过邻近传感节点多跳传输到观测节点。用户和远程任务管理单元通过外部网络，比如卫星通信网络或Internet，与观测节点进行交互。观测节点向网络查询请求和控制指令，接收传感节点返回的目标信息。

传感节点具有原始数据采集、本地信息处理、无线数据传输及与其它节点协同工作的能力，依据应用需求，还可能携带定位，能源补给或移动等模块。节点可采用飞行器撒播、火箭弹射或人工埋置等方式部署。

目标是网络感兴趣的对象及其属性，有时特指某类信号源。传感节点通过目标的热、红外、声纳、雷达或震动等信号，获取目标温度、光强度、噪声、压力、运动方向或速度等属性。传感节点对感兴趣目标的信息获取范围称为该节点的感知视场，网络中所有节点视场的集合称为该网络的感知视场。当传感节点检测到的目标信息超过设定阀值，需提交给观测节点时，被称为有效节点。

观测节点具有双重身份。一方面，在网内作为接收者和控制者，被授权监听和处理网络的事件消息和数据，可向传感器网络查询请求或派发任务；另一方面，面向网外作为中继和网关完成传感器网络与外部网络间信令和数据的转换，是连接传感器网络与其它网络的桥梁。通常假设观测节点能力较强，资源充分或可补充。观测节点有被动触发和主动查询两种工作模式，前者被动地由传感节点发出的感兴趣事件或消息触发，后者则周期扫描网络和查询传感节点，较常用。

3.无线传感器主要用途

3.1环境的监测和保护

随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以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，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

3.2医疗护理

无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。英特尔公司推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies（CAST）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者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。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事Eric Dishman称，“在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域”。

3.3军事领域

由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。

3.4其他用途

无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域，英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。

4.结束语

随着科学技术的发展，无线传感器的技术得到不断地更新，适用的领域越来越广泛，在未来，有许多广阔的应用领域可以使传感器网络成为人们生活中的一个不可缺少的组成部分。但就目前而言传统Ad hoc网络的技术并不能够完全适应于传感器网络的应用。因此，充分认识和研究传感器网络自组织方式及传感器网络的体系结构，为网络协议和算法的标准化提供理论依据，为设备制造商的实现提供参考，成为当前无线传感器网络研究领域中一项十分紧迫的任务。也只有从网络体系结构的研究人手，带动传感器组织方式及通信技术的研究，才能更有力地推动这一具有战略意义的新技术的研究和发展。■

【参考文献】

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中图分类号： TN711?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）23?0044?03

Research of collaborative task allocation in wireless sensor networks

WANG Jian， WANG Fu?bao， DUAN Wei?jun， HUANG Liang

（School of Electronics and Information， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China）

Abstract：The task collaboration of wireless sensor networks （WSNs） refers to task description， decomposition， allocation， scheduling and execution. The task allocation is the main content of task collaboration. Furthermore， the scheme of task allocation directly determines the network energy consumption， and affects the network lifetime. The collaboration technology of wireless sensor networks and heuristic algorithm to solve collaborative task allocation problem are analyzed emphatically. Finally， the contents and direction for further research in future are put forward.

Keywords： wireless sensor networks； task collaboration； task allocation； heuristic algorithm

0 引 言

微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）、微处理器以及 Ad?hoc网络协议的迅猛发展孕育出了无线传感器网络[1]，无线传感器网络是由大量廉价且资源有限的传感器节点组成。由于每个传感器节点资源有限以及计算和通信能力有限，单个节点无法解决网络规模庞杂的问题，更无法解决网络全局性问题。基于以上原因，WSNs中的传感器节点要相互协同以完成任务。

WSNs协同主要包括协同资源的使用，协同任务的分配和执行以及协同信息与信号的处理[2]。任务协同中的主要部分是任务分配，因为任务分配方案直接决定着网络能耗，从而决定了网络的整体寿命。因此，WSNs协同任务分配具有重要的理论和现实意义。

1 无线传感器网络任务分配协同技术

由于WSNs具有采用射频通信、能量有限、计算和通信能力较弱以及大规模高密度部署等特点，所以传统分布式系统的协同方法并不能直接应用于WSNs，目前WSNs协同技术是来自分布式人工智能领域的多智能体理论。基于多智能体的WSNs协同技术有基于协商的方法、基于动态联盟的方法、分布式约束满足法和组织结构设计方法四种。

1.1 基于协商的方法

基于协商的方法是以多智能体中的协商理论为模型，将协商模型与拍卖方法和合同网相结合而形成，目前用于解决WSNs协同问题的主要是组合拍卖（Combinatorial Auction）和动态仲裁（Dynamic Arbitration）两种方法[2]。组合拍卖和动态仲裁采取的都是集中式的任务分配方法，即存在一个中心节点，该中心节点要和周围节点进行协商最终完成对任务的分配过程；组合拍卖对任务的组合由周围节点完成，而动态仲裁任务的组合和分配都是由中心节点完成。相对来说，后者更容易在网络中形成能量空洞。

文献[3?4]采用基于协商的方法解决任务分配，在CNP（Contract Net Protocol）中引入了推理模型和能量阈值，实现了高效节能的任务分配，减少了网络中的能量空洞，从而延长了网络的寿命。

1.2 基于动态联盟的方法

动态联盟是基于事件触发的，当节点捕获到事件时会形成一个联盟，并且由该联盟负责任务的处理；当联盟完成任务后，联盟也将随之而解散。其过程主要包括动态联盟初始化、联盟形成和联盟确认三个阶段。在当前的无线传感器网络协同任务分配机制中，动态联盟机制占据了重要的地位；由于其是基于事件触发的，能够针对任务情况动态地协同任务的分配。

针对目标跟踪问题，文献[1]提出了基于拍卖的动态联盟任务分配机制，和基于案例推理的动态联盟机制相比提高了目标跟踪的准确性并且降低了能耗；文献[5]基于动态联盟提出了EATA（Effective Adaptive Task Allocation），每个节点通过EATA可以自主调整自身参数和状态，实现了资源利用最大化并延长了网络寿命。

1.3 分布式约束满足法

分布式满足方法采用的是一种映射的思想，其将传感器节点、传感器节点行为模式以及传感器节点间的关系分别映射为变量、变量的取值以及变量间的约束关系，从而将WSNs中的协同问题转化为分布式约束满足问题进行解决。分布式约束满足法将任务分配问题映射成DCSP问题，采用DCSP方法解决问题，最终形成任务分配的方案，Pragnesh J.M等人给出将传感器网络中追踪问题转化为DCSP问题的方法。

1.4 组织结构设计方法

组织结构设计方法是根据无线传感器网络大规模部署特点提出的，其包括简单分层和垂直分层。该方法将整个网络划分为不同的区域，通过指派区域管理员负责区域内以及区域间的通信，但是该方法需要事先指定每个传感器节点的角色[6]。由于组织结构设计方法是针对无线传感器大规模特点提出的，所以能够很好地解决大规模无线传感器网络中目标跟踪问题，通常用于区域监视。

以上技术都有其应用场景及优缺点。对于小规模网络问题，协商方法和动态联盟方法比较适合，但是对于大规模网络问题则会面临组合爆炸的难题。然而，对于大规模网络问题，组织结构设计方法能够很好的解决，但是，由于节点的通信范围受到了限制，组织结构设计方法会面临边界的问题。由于将无线传感器网络任务分配问题映射成DCSP问题是个复杂、低效的过程，分布式约束满足法在传感器网络任务分配方面还不成熟。三种协同技术的性能比较见表1。

2 启发式算法解决任务分配

由于任务分配是一个NP的组合优化问题，目前已经有许多启发式算法来解决该问题。常用启发式算法有遗传算法、粒子群优化等。对于任务分配问题，启发式算法并不是单纯利用某个启发式算法解决问题，其通常与协同技术相结合。

表1 三种技术比较

文献[7]采用遗传算法对联盟中的任务进行分配，其优化了遗传算法初始种群的选择和交叉/变异运算并且引入了Metropolis准则，改善了任务分配效率的同时降低了通信开销。文献[8]针对现有任务分配算法无法解决容错问题，其引入了PB（Primary/Backup）机制，采用PSO（Particle Swarm Optimization）进行任务分配，提高了无线传感器网络任务分配的可靠性。文献[9]引入动态联盟模型，以任务执行时间和能量消耗构建适应度函数，采用改善的粒子群优化算法进行任务优化，降低了网络能耗且缩短了任务的执行时间。

WSN任务分配旨在资源和效率以及全局搜索和局部求解之间寻求平衡。为了降低网络能耗，延长网络的寿命，启发式算法适应度函数选取及优化相当重要；由于任务分配是全局寻优问题，一些启发式算法容易陷入局部最优，所以启发式算法引入了一些算子或者对算法本身已有的算子进行修正。

文献[10]在遗传算法中引入了混杂的适应度函数来进行任务分配，延长了网络的整体寿命。文献[11]引入动态联盟思想，构造了无线传感器网络的动态联盟模型，提出了一种基于离散粒子群优化的任务分配算法，引入了变异算子，在保持种群多样性的同时提高了算法的全局搜索能力，该算法在局部求解和全局寻优之间取得了较好的平衡并且降低了任务分配的时间和网络的能耗。

遗传算法和粒子群优化算法均可用于无线传感器网络任务分配的问题，一般前者可直接应用，而当适应度函数是离散时，后者需重新定义速度及位置更新公式等。由于无线传感器网络本身资源有限性的特点，二者在构造适应度函数时必须考虑无线传感器网络资源；对于有实时性需求的问题，还需考虑任务分配的执行时间，此时建议采用粒子群优化算法进行任务分配。二者优缺点比较见表2。

表2 遗传算法和粒子群优化算法比较

3 结 语

由于无线传感器网络本身所具有的节点资源有限性、动态拓扑性、数据传输不可靠性等特点，需要从节能性、实时性和可靠性等方面对无线传感器网络的任务分配进行改善。现有研究者主要从节能性的角度对无线传感器网络任务分配和调度进行相应的研究，从而最大限度地延长整个网络的寿命。但是任务分配的实时性和可靠性以及能源高效性方面的研究比较少，因此，这一部分还需要进一步地研究。

参考文献

[1] CHEN Jian?xia， ZANG Chuan?zhi， LIANG Wei. Auction?based dynamic coalition for single target tracking in wireless sensor network [C]// Proceedings of Sixth World Congress on Intelligent Control and Automation. New York： IEEE， 2006： 94?98.

[2] 车畅，梁周悦，等.基于多智能体的无线传感器网络协同问题研究[J].仪器仪表学报，2005，26（8）：229?232.

[3] LI Yu?kun， GAO Zhi?peng， YANG Yang. A cluster?based negotiation model for task allocation in wireless sensor network [C]// Proceedings of 2010 International Conference on Network and Service Management. Niagara Falls： CNSM， 2010： 112?117.

[4] TIAN Wang?lan， LEI Hong?yan. An energy efficient task allocation method based on reasoning model in wireless sensor networks [J]. Advanced Materials Research， 2011， 268： 440?445 .

[5] CHEN Ying， GUO Wen?zhong， CHEN Guo?long. A dynamic?alliance?based adaptive task allocation algorithm in wireless sensor networks [C]// Proceedings of 2010 9th International Conference on Grid and Cooperative Computing. Nanjing： I GCC， 2010： 356?360.

[6] 朱兴国.无线传感器网络任务协同技术研究[D].西安：西北工业大学，2007.

[7] TAO Hai?jun，WANG Ya?dong， GUO Mao?zu. An extended contract?net negotiation model based on task coalition and genetic algorithm [C]// 2007 International Conference on Machine Learning and Cybernetics. Hong Kong： IEEE， 2007： 879?884.

[8] CHEN Cheng?yu， GUO Wen?zhong， CHEN Guo?long. A new task allocation algorithm based on dynamic coalition in WSNs [C]// Proceedings of 2012 IEEE 26th International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops & PhD Forum （IPDPSW）. Shanghai： IEEE， 2012： 1243?1248.

[9] QIU Ying?hui， LIU Chun?lei. A collaborative task allocation mechanism for wireless sensor networks [J]. International Review on Computers and Software， 2012， 7（7）： 3821?3825.

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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。

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无线传感器是一种符合无线纤细传输特点的设备，具有成本低廉、结构简单和体积小、无需展开总线安装结构，可以有效的应用到的数据信息的采集，具有较高的应用价值。针对无线传感器的有效应用，需要重视对无线传感器网络安全技术的分析，合理的对网络安全技术进行运用，尽可能的减少网络安全问题的发生，避免数据的丢失和错误，进而保障的无线传感器的功能。现阶段，无线传感器的网络安全技术种类较多，主要有安全路由技术、密钥管理技术和密码技术等，对于无线传感器网络安全具有积极的推动作用。

1无线传感器网络分析

1.1涵义

无线传感器网络与协作感知之间具有模切的联系，能在网络覆盖的区域内，完成对相关信息的采集和处理，并将这一结果发送到需求信息的区域。目前，无线传感器网络是现代常用的通讯类型，可以有效的完成信息的传递和交流。

1.2无线传感器网络结构

如下图1所示为无线传感器网络的具体节点结构图。由图可见，每一个传感器节点，均能够成为一个独立的小系统。除去节点之外，还由数据的汇聚和数据处理部分构成，保障数据的传输质量。

1.3无线传感器网络的特点

无线传感器网络的特点，是使其有效应用的基本条件。其具体的特点有：（1）规模大，通过合理的布置传感器节点，可以有效的完成对区域范围内的数据信息的采集和监控工作。（2）自行管理，无线传感器网络拥有良好的网络的配置功能，能够完成自行管理，保障信息的有效性。（3）以数据文中心，无线传感器网络是建立在数据信息的基础上，根据数据信息的基本情况，发现观察者主要是对无线传感器最终数据结果具有需求。（4）成本低廉，无线传感器网络的构建成本较低，主要是由于无线传感器的成本较低，符合具体的应用需求。

2无线传感器网络的安全问题分析

无线传感器在实际的应用中，网络安全问题对无线传感器的应具有十分不利的影响，故此，需要合理的对无线传感器网络的安全问题进行分析和解读，为无线传感器网络安全技术的合理应用提供基础。

2.1安全机制不够健全

安全机制是保障无线传感器网络合理应用的关键，由于无线传感器网络是由多个节点构成，如果节点的能量、通信方面等没有合理的展开安全机制的构建，物理安全保护效果不够理想，也就可能会导致安全隐患的影响扩大，再加上安全机制的不够健全，引起整个系统出现安全问题，影响系统的有效应用，致使信息的丢失和残缺的情况发生。

2.2能量限制

无线传感器网络构建过程中，需要合理的将各类微型传感器按照节点设计进行布置，布置完成后就不能轻易的对网络内部的传感器进行变动。而传感器在不通电的情况下，各个微型传感器就不能完成充电，而无线传感器网络应用中=传奇的没有足够的能量，也就导致传感器不能得到持续应用。另外，由于传感器网络中的部分设备具有高能耗的问题，也就会导致无线传感器网络出现能量限制问题，制约网络的安全性。

2.3通信问题

无线传感器网络需要具备稳定可靠的通信通道，但是在实际的应用中，路由的问题十分明显，主要是由于路由存在一定的延迟，而这部分延迟会导致路由出现安全问题。另外，数据传输的过程中，可能会出现数据出现被拦截的情况，也就会导致数据泄漏的情况。这类不安定的通信方式，对通信的质量具有明显的影响，制约无线传感器网络安全。

2.4节点管理问题

节点是传感器网络的中的重要部分，节点的管理内容对的无线传感器网络的安全具有直接的影响。但是，在实际的管理中，存在节点组织随机性强的问题，也就会导致，部分接电位置得不到确定，这一内容也就可能会导致相关保护工作不能得到有效的实施，严重影响无线传感器网络的安全。2.5节点量大和节点故障为了保障无线传感器网络具有较大的覆盖面积，就需要具有大量的节点，其中有部分节点处于的位置较为敏感，甚至可能布置在极端环境中，导致传感器容器容易受到外界因素的影响，这增加了节点受到恶意攻击的风险。此外，无线传感器网络，在实际的应用中，单个节点容易受到损坏，一旦单个节点受到损坏，就会导致整个无线传感器网络受到不利影响，导致安全隐患的发生。

3无线传感器网络安全技术分析

无线传感器网络安全技术对是保障网络安全的关键，而且这些技术能够对网络安全问题进行处理，避免数据丢失和损坏。

3.1路由器安全技术

路由器安全技术是保障路由器安全的重要部分。无线传感器网络构建时，路由器主要是达到节能能量的目的，保障无线传感器系统的最大化形式的体现。然而这种情况，也就会导致数据传输出现隐患，也就导致网络不能按照最初的方式进行展开。针对路由器安全技术，可以合理的对TESLA协议和SNEP协议进行应用，进而构成符合的无线传感器网络的SPINS协议，进而有效的避免信息出现的泄露的情况，进而增加系统的防御能力，保障网络的安全与稳定。

3.2密钥管理安全技术

管理密钥是提升无线传感器网络安全的重要网络安全技术。通过自动生成密钥的方式，完成对系统的加密。但是，在实际的无线传感器网络中，而这一周期中，可能会出现薄弱环节，也就会导致信息泄露的情况发生。现阶段，针对无线传感器网络的密钥管理安全技术主要有：（1）对称密钥管理，这类加密方式主要是建立在共同保护的基础上，并通过设定防止密钥丢失的程序，并根据公开密钥加密技术，提升密钥管理的有效性。（2）节点密钥共享技术，在实际传感器网络中，通过节点间的网络共享的方式，可以使得节点对基站的依赖性小，且复杂程度低，并保障两个节点受到威胁，也不会导致其他不会产生密钥泄漏的情况。（3）加密算法的有效应用，通常情况下加密算法和氛围加密算法、非对称加密算法。（4）概率性的分配模式，这类分配模式，根据一课可以计算的概率，完成对密钥的分配，属于中非常确定的方式。

3.3密码技术

密码技术主是完成对使无线传感器网络中一些不安定的特性进行控制，采用密码的方式，减少系统的安全问题。密码可以采用自定的形式和随机生成的形式，其中密码安全技术主要取决于密码的复杂程度，密码复杂程度越高，密码丢失的可能性越低。鉴于密码技术的功能性，密码技术可以广泛的应用到无线传感器网络安全问题的处理中。针对不同通信设备的基本情况，合理的展开的密码技术，如：节点设备的通信可靠性不能得到有效的应用，密码技术体现出较好的优势，而且由于密码技术的成本较低，且保密的效果较为理想，故此，可以广泛的应用到无线传感器网络中。

3.4安全数据的融合

安全数据的融合同样是无线传感器网络安全技术中的重要组成部分，这一技术主要应用于的数据传输的过程中。由于无线传感器网络主要是用到大量的数据。如果不能有效的对数据进行控制，也就可能会导致数据的流失和损坏的现象明显。故此，可以采用安全数据的融合技术，严格的控制数据的安全融合，进而使得数据在传输过程中，不会出现丢失和流失的现象，增加数据信息的安全性和真实性。

3.5无线传感器网络各层的安全技术的运用

针对无线传感器网络的物理层、网络层和应用层、传输层等部分合理的展开安全保护，物理层可以通过主动篡改保护和被动篡改保护两中，有效的避免物理层的攻击，网络层需要通过合理的对路由安全协议进行设计，网络层的安全。应用层，需要通过恶意节点检测和孤立、密码技术等。针对传输层，可以采用认证和客户端谜题、安全数据的融合等方式。通过对无线传感器网络各个层的安全技术进行应用，保障无线传感器的稳定运行，有效的规避网络安全问题。

4结语

无线传感器网络是现代人们生活中的重要问题，是便利人们生活的重要途径。无线传感器网络在实际的应用中，可能会出现一些安全问题，导致安全隐患的发生。为此，需要合理的对无线传感器网络安全技术进行分析，再合理的应用，保障无线传感器网络的安全性。（1）无线传感器网络在实际的应用中，具体的问题主要体现在安全机制不够健全、能量限制、通信问题、节点管理问题、节点量大和节点故障。（2）针对无线传感器网络安全问题，需要合理安全路由技术、安全认证技术、安全数据融合技术。另外，针对无线传感器网络的入侵，需要合理的对入侵检测技术进行应用，有效的发现网络中的安全问题。（3）无线传感器网络中的节点问题，需要重视对节点的管理工作，尽可能的控制节点的能量限制和物理损坏情况。

参考文献

[1]刘昌勇,米高扬,胡南生.无线传感器网络若干关键技术[J].通讯世界,2016,08:23

[2]朱锋.无线传感器网络安全技术及应用实践探微[J].无线互联科技,2016,14:30-31

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【关键词】无线传感器网络 技术要点

无线传感器网络的发展离不开传感技术、集成电路、微机电系统和无线通信技术的发展，这些技术的快速发展使得单一条件下的低成本、低功耗和多功能的传感器也逐渐向微型化、网络化和集成化、智能化的方向进步，从而发展为一项不可或缺的信息收集技术，并且在一定意义上扩大了现有网络的功效，让人们可以通过它与外部世界进行直接接触，并且被各国的政府、军方、跨国公司和科研机构等广泛应用于国防军事、医疗护理、智能家居和环境监测等方面，为了让无线传感器网络技术能够更好地为人们服务于人们生活的各个方面，我们需要对无线传感器的各方面效用进行进一步的研究。

1 无线传感器网络的发展现状

在无线传感器网络的发展历史中，美国是第一个从事无线传感器网络研究的，其发展的目的是满足军方侦查军用系统的需求，所以研究的方向主要是传感器网络中的通信和计算问题，这种最先由军事需要发展起来的无线传感器网络技术，在经过网络技术的革命和网络思想体系的革新之后变得越发的成熟，也由此推动了无线传感器网络的发展。对于我国而言，无线传感器网络的发展是比较晚的，但是我们国家对于无线传感器网络技术的发展高度重视，在短短的几十年时间内，我国在研究、应用和标准化方面已经可以和国际的先进水平相媲美，在无线传感器网络技术得到快速发展的同时，随着“感知中国”计划的提出，无线传感器网络技术已经被应用于国家层面并且已经进入到战略实施阶段，这表明“感知中国”计划的提出对中国的无线传感网络产业起到了一定的促进作用，无线传感器网络产业的发展面临着一个巨大的机遇。

1.1 无线传感器网络的特点

无线传感器网络在对传统计算机网络的计算模式和设计模式的革新过程中，渐渐地形成了一系列具有自身优势的特点，例如分布式和自组织、规模大、密度高、以数据为中心、可靠性及安全等。在分布式和自组织中，网络无控制中心并没有事先设置好的节点，并且所有的节点在无线传感器网络中所有的节点都处于一个平等的位置，各节点采用分布式算法进行协调，在没有人力因素影响的情况下节点会自行连接出一个对等式的无线网络。无线传感器网络的节点的数量一般都是巨大的，且节点分布较为密集且都聚集在一个较大的监测区域内，这是为了更好地获取到精确完整的信息。在无线传感器网络中，节点所能计算的资源非常有限，往往不能处理超出负荷的实时数据流，所以每个节点收集到的数据都会汇集于传感器网络，从而生成与某个监测区域内监测对象有关的信息；无线传感器网络的可靠性和安全性是指：传感器网络经常被应用于恶劣的环境或者是无人区域，一旦某一传感节点发生了故障就会导致整个传感器网络失效，所以为了增强无线传感器的耐用性，我们就必须保证传感器网络的节点在硬件上保持坚固不能被轻易损坏，并且能够适应各种各样未知的极端环境。同时，我们还要注意网络的通信加密和安全性，防止无线传感器网络的无线信道和分布式控制被窃听、入侵和拒绝服务等。

1.2 无线传感器网络的应用领域

无线传感网络技术的快速发展及其自身特有的性质已经被各国广泛应用于军事国防、国家安全、环境科学、交通管理、城市管理、生物医疗或者是其它危险区域远程控制等领域。在军事方面，无线传感器网络技术凭借其快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特性被用以军队获取敌对区域中的情报，在作战时，由于指挥员必须统筹全局，所以无线传感器网络技术是数字战场进行无线数据通信的首选技术。环境问题一直是我们人类关注的一个重大问题，随着人们对环境问题关注度的提高，环境科学囊括的范围也越来越大，相应的环境监测技术手段也随着问题的日益突出必须做出相应的调整，以此为研究环境监测带来更先进的方法，拓展更为广阔的研究空间。医疗与我们人类的生活息息相关，而无线传感器网络技术又与医疗系统和健康护理有着密不可分的联系，为了更好地检测人体各种生理数据，我们可以在病人身上放置可以检测人体参数的微型传感器节点，从而将病人的身体各方面数据传送给监护中心，进行及时的处理和反馈，所以为了未来远程医疗监护系统能够实现简便、低费用，我们必须与医疗事业进行更进一步的融合，才能够更好地让人们享受到更便捷的医疗服务。

1.3 无线传感器网络的关键技术

无线传感器网络作为当今信息领域的一支新秀，其研究的内容包含了许多学科的知识，在这之中，需要我们研究和解决的关键技术还有许多。在无线传感器网络的研究中，传感器节点已经成为一个核心内容，实现节点能量的有效使用的前提是保证无线传感器网络应用需求，所以我们要对无线传感器网络节点实现有效管理。除此之外，我们还应该对网络通信协议、网络安全技术、数据融合技术、和时间同步技术、定位技术、开发应用技术加大投入力度，以此对无线传感器网络技术进行进一步的研究与发展，以此无线传感器网络关键技术的实用性和技术性，从而更好地为人们的生活工作服务。

2 总结

无线传感器网络技术作为现代生活工作中应用广泛的信息技术，不但与人们生活的方方面面有紧密联系，我们更是要对无线传感器网络的无线通信模块加大注意力，以此实现无线传感器与国家军事、环境、医疗、城市交通管理等方面的对接，从而更好地服务于人类，促进人类的进步。

参考文献

[1]刘昌勇，米高扬，胡南生等.无线传感器网络若干关键技术[J].通讯世界，2016（08）：23.

篇11

Analysis of Key Technologies for Wireless Sensor Network

Yin Jun

（Yuxi Agricultur YunnanYuxi 653106）

【 Abstract 】 With the development of micro-electromechanical system，wireless communication technology and digital information processing techniques，wireless sensor networks has been developed in such cross-disciplinary research area，with a very broad application prospects. In this paper，the definition of wireless sensor networks，the structure，characteristics，key technology of wireless sensor networks were described and analysised.

【 Keywords 】 wireless sensor networks; structure; characteristics; key technology

1 前言

近年来，随着微机电技术、无线通信技术和数字信息处理技术的飞速发展，集成了感知、计算、通信能力，具有低成本、低功耗、多功能、体积小和短距离无线通信等特点的传感器节点变成现实，由数量不等的无线传感器节点构建的网络，被称为无线传感器网络（WSN）。WSN可以协同工作，实时或长期监测被监测区域内的各种对象数据，并对这些数据进行分布式预处理后传递给最终用户，从而为用户提供直观的观察效果，因此可将其广泛配置于各种不同领域的应用中，如军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等，将对人类生活带来深远的影响，这也使得无线传感器网络技术成为目前在国际范围内备受关注，非常活跃的研究热点领域。

2 无线传感器网络概述

2.1 无线传感器网络的定义

无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,如图1所示,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，Jason Hill博士把WSN定义为：Sensing＋CPU＋Radio＝Thousands of potential application。

2.2 无线传感器网络的特点

WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。无线传感器网络具有多种特点。

1）硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。

2）电源容量有限。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,每个节点都要储备可供长期使用的能量,或者自己从外汲取能量（太阳能）。

3）无中心。在无线传感器网络中,所有节点构成一个对等式网络，没有预先指定的中心，节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。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。

4）自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

5）多跳路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。

6）动态拓扑。WSN是一个动态的网络，一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行，也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

7）节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。因此传感器网络的软、硬件要求有好的健壮性和容错性。

8）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,省去了布线的烦恼,但是相对于有线网络,低带宽是它的缺陷。同时,还存在信号之间相互干扰,信号自身不断衰减的问题。

9）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。

3 无线传感器网络关键技术分析

3.1 组网模式

在确定采用无线传感器网络技术进行应用系统设计后，首先面临的问题是采用何种组网模式，主要的组网模式有几下几种。

1）扁平组网模式。所有节点的角色相同，通过相互协作完成数据的交流和汇聚。

2）基于分簇的层次型组网模式。节点分为普通传感节点和用于数据汇聚的簇头节点，传感节点将数据先发送到簇头节点，然后由簇头节点汇聚到后台。

3）网状网(Mesh)模式。Mesh模式在传感器节点形成的网络上增加一层固定无线网络，用来收集传感节点数据，另一方面实现节点之间的信息通信，以及网内融合处理。

4）移动汇聚模式。移动汇聚模式是指使用移动终端收集目标区域的传感数据，并转发到后端服务器。移动汇聚可以提高网络的容量，但数据的传递延迟与移动汇聚节点的轨迹相关，如何控制移动终端轨迹和速率是该模式研究的重要内容。

3.2 拓扑控制

WSN技术中，拓扑控制的目的在于实现网络的连通的同时保证信息的能量高效、可靠的传输。目前主要的拓扑控制技术分为时间控制、空间控制和逻辑控制三种。时间控制通过控制每个节点睡眠、工作的占空比，节点间睡眠起始时间的调度，让节点交替工作，网络拓扑在有限的拓扑结构间切换；空间控制通过控制节点发送功率改变节点的连通区域，使网络呈现不同的连通形态，从而获得控制能耗、提高网络容量的效果；逻辑控制则是通过邻居表将不“理想的”节点排除在外，从而形成更稳固、可靠和强健的拓扑。

3.3 媒体访问控制和链路控制

媒体访问控制(MAC)和链路控制解决无线网络中普遍存在的冲突和丢失问题，根据网络中数据流状态控制临近节点，乃至网络中所有节点的信道访问方式和顺序，达到高效利用网络容量，减低能耗的目的。要实现拓扑控制中的时间和空间控制，WSN MAC层的运行效率直接反应整个网络的能量效率。

复杂环境的短距离无线射频，在其覆盖范围内的过渡临界区宽度与通信距离的比例，较长距离要大得多，更多链路将呈现复杂的不稳定特性，需要在MAC控制中更充分地考虑链路特性。同时，链路特征也是在数据转发和汇聚中需要考虑的重要因素。

3.4 路由、数据转发及跨层设计

WSN网络中的数据流向与Internet相反，在WSN网络中，终端设备是向网络提供信息因此，WSN网络层协议设计有自己的独特要求。由于在WSN网络中对能量效率的苛刻要求，研究人员通常利用MAC层的跨层服务信息来进行转发节点、数据流向的选择。另外，网络在任务过程中一般要将任务信息传送给所有的节点，因此设计能量高效的数据分发协议也是在网络层技术研究的重点。网络编码技术是提高网络数据转发效率的一项技术，在分布式存储网络架构中，一份数据往往有不同的对其感兴趣，网络编码技术通过有效减少网络中数据包的转发次数，来提高网络容量和效率。

3.5 QoS保障和可靠性设计

QoS保障和可靠性设计技术是传感器网络走向可用的关键技术之一。QoS保障技术包括通信层控制和服务层控制。传感器网络大量的节点如果没有质量控制，将很难完成实时监测环境变化的任务。可靠性设计技术目的则是保证节点和网络在恶劣工作条件下长时间工作。节点计算和通信模块的失效直接导致节点脱离网络，而传感模块的失效则可能导致数据出现岐变，造成网络的误警。如何通过数据检测失效节点也是关键技术研究内容之一。

3.6 移动控制模型

随着WSN组织结构从固定模式向半移动乃至全移动转换，节点的移动控制模型变得越来越重要，当汇聚节点沿着网络边缘移动收集可以最大限度地提高网络生命周期。多种汇聚点移动策略，可根据每轮数据汇聚情况，估计下一轮能够最大延长网络生命期的汇聚点位置。针对事件发生频度自适应移动节点的位置，可使感知节点更多地聚集在使事件经常发生的地方，也可分担事件汇报任务，延长网络寿命。

4 总结

无线传感器网络被认为是影响人类未来生活的重要技术之一，就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用，虽然还面临着通信、成本、能量供应和网络结构等很多的问题。但毫无疑问的是无线传感器网络应用前景是非常诱人的，这一新兴技术给人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径，同时也给人们提出了很多新的技术上的挑战。

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] 李晓延.浅谈无线传感器网络[J].今日电子，2006（9）：57-59.

篇12

（Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721013，China）

摘要： 无线传感器网络是近年来发展迅速的无线网络，与传统的无线网络相比具有更高的技术优势。本文介绍了无线传感器网络的主要特征和优势，通过与传统无线网络的技术比较分析了无线传感器的网络技术应用热点。

Abstract: Wireless sensor network is developing rapidly in recent years, wireless networks, compared with the traditional wireless networks, have higher technological advantage. This article describes the main features and advantages of wireless sensor networks, and analyzes the hot spots of wireless sensor network technology by comparing the traditional wireless network.

关键词：无线传感器 网络技术

Key words: wireless sensors；network technology

中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）21-0138-02

0引言

无线传感器的网络应用集成了信息采集、数据传输、数据处理、数据管理等多种主体功能，涉及各种传感器技术、信息处理技术和数据管理技术等多个技术领域，并且由于网络所具有的自组织、协作、分布式控制等特点，使得上述每种技术的实现都与传统的技术实现方式有很大区别，具有鲜明的技术特色。

1无线传感器网络的主要特征

1.1 低功耗、微型化、高度集成、低价格的传感器节点相对传统意义的传感器网络节点（如雷达）而言，当前所指的无线传感器网络节点更强调节点的低功耗、微型化、高度集成、低价格等特征。虽然当前一些基于商用器件制造的无线传感器网络节点（如MICA、DOT等）在许多指标方面离预期目标仍有一定差距，但这些指标却代表了无线传感器网络今后的发展方向。微机电系统（MEMS）技术的发展，为开发低功耗、小体积、低价格、同时集成有微传感器/执行器、微处理器和无线通信等多种功能部件的无线传感器网络节点提供了重要技术条件，使得开发类似“灰尘”的无线传感器网络节点成为可能。

1.2 节点密集布设在监测区域内密集布设大量相同或不同类型的传感器节点，是无线传感器网络的一个重要特征。通过节点密集布设，可以获取密集的空间抽样信息或针对同一现象的多维信息，对这些信息进行分布式处理之后，可以有效地提高检测或识别目标的准确度，并降低对单一传感器节点的精度要求；通过节点密集布设，可以在同一区域内存在大量冗余节点，节点的冗余性使系统具有很强的容错性能，由此降低对单一传感器节点的可靠性要求。另外，通过节点密集布设并对其节点进行合理的休眠调度，也是延长网络寿命的重要途径。

1.3 协作式网络协作是无线传感器网络执行任务的基本工作方式，一般包括协作式信息采集、协作式信息处理、协作式信息存储、协作式信息传输等。通过协作，多个相同或不同类型的传感器节点可以从不同的空间位置或不同的现象角度（如物理现象、化学现象等）共同对感知对象进行感知，获得更为精确、完整的信息；通过协作，传感器节点可以克服自身处理和存储能力受限的不利因素，在多个节点的共同协作下完成对复杂任务的执行功能；通过协作，传感器节点之间既可以通过多跳中继转发实现远距离通信，也可以通过多节点协作发射、多节点协作接收等机制，实现延伸通信距离、改善通信质量、降低网络能耗等目的。

1.4 自组织网络无线传感器网络的诸多特点决定了其采用自组织工作方式的必要性。首先，传感器节点经常采用随机性布设的方式，节点的位置和相互邻居关系不能预先确定，如通过飞机播撒或由人随意放置的无线传感器网络；其次，传感器节点可能由于能量耗尽或受到环境因素影响而失效，一些节点又可能为了弥补失效节点或增加监测精度而补充进来，再加上节点可能移动以及采用休眠调度机制，网络拓扑往往处于动态变化之中。无线传感器网络的自组织主要包括自组织通信、网络功能的自调度以及网络的自管理等。

1.5 无线网络传感器节点采用无线方式进行组网，实现传感器节点之间、传感器节点与网关设备之间的通信。无线通信方式的采用大大提高了网络布设及应用的灵活性，通信线缆的节省有助于降低整个无线传感器网络的造价。

2无线传感器网络的主要优势

无线传感器网络采用微小型的传感器节点获取信息，节点之间具有自动组网和协同工作能力，网络内部采用无线通信方式，它与传统的传感器手段（如单一大型传感器、有线传感器网等）相比，具有以下几个比较明显的优势：

2.1 精度高 大量造价低廉的微小型传感器节点对监测区域进行密集空间抽样，或者对监测目标进行近距离密集监测，可以获取非常高的信息感知精度，这是传统单一大型传感器所难以达到的。

2.2 灵活性强 临时随机性布设、网络自组织等特点使无线传感器网络在布设之后很快就能展开工作，不需人为干预，非常适合一些急、险、偏的应用场合，在布设、使用上的灵活性要远远强于传统的传感器手段。

2.3 可靠性高 由于无线传感器网络具有自组织特点，当某一节点发生故障或失效时，其功能可迅速由其他节点替代承担。因此，虽然单一传感器节点的可靠性比较低，但作为一个系统整体，无线传感器网络可以获取非常高的可靠性。

2.4 经济性好 无线传感器网络利用无线传输取代传统的线缆传输，大大降低了系统的建设成本；另外，随着技术的发展与无线传感器网络的广泛采用，单一传感器节点的造价会越来越低。因此，与传统传感器手段相比，无线传感器网络在造价上的优势将越来越明显。

3与无线自组织通信网络的比较

在通信方式上，无线传感器网络与无线自组织通信网络最为接近，都可以在不依托任何网络基础设施的情况下展开工作，都可以依靠节点之间的自组织行为协调以及在网络拓扑动态变化的情况下实现多跳路由转发等功能。无线传感器网络与无线自组织通信网络在通信方式上具有很大的相似性，但当前无线自组织通信网络的许多协议及算法并不能高效地直接应用于无线传感器网络。主要体现为以下几个方面：

3.1 网络功能的不同无线传感器网络是一种以获取感知信息为主要目的的信息采集网络，而无线自组织通信网络是一种以解决人与人之间，或设备与设备之间信息传输为主要目的的通信网络，这是二者的一个根本区别。在无线传感器网络中，通信只是作为一种保障手段，实现传感器节点之间、传感器节点与管理控制节点之间、传感器节点与用户节点之间的信息传输。每个传感器节点除了集成有通信功能外，还集成有信息采集、信息处理等功能；而在自组织通信网络中，通信是它的核心功能，每个节点只是一个单纯意义上的通信节点。

3.2 节点能力的不同无线传感器网络节点需要执行的功能相对简单，并且要求小型化、低成本、低功耗，所配置的处理器能力一般都比较弱、存储容量比较小、通信速率及通信距离也非常有限，并且由于造价、体积以及工作环境的特殊性，传感器节点的可靠性相对较差；而自组织通信网络的节点在处理与存储能力、通信能力、可靠性等方面相对传感器节点都比较强大。

3.3 网络形态的不同无线传感器网络的规模较大，节点数常是无线自组织通信网络的数十倍至数千倍。无线传感器网络的节点密度高，远远高于无线自组织通信网络的节点密度。另外，动态拓扑是二者的共同特征，但造成动态拓扑的原因却存在一定的区别。在无线传感器网络中，造成网络拓扑变化的原因主要是传感器节点的休眠／激活、失效／补充以及可能存在的节点移动性等；而在无线自组织通信网络中，造成网络拓扑变化的原因主要是节点移动性。

3.4 业务特征的不同无线传感器网络中的通信业务主要发生在传感器节点和用户之间，普通传感器节点之间一般并不存在过多通信要求，网络中的通信业务具有很强的方向性，并且主要以“一到多（one-to-many）”、“多到一（many-to-one）”的形式而存在；而在自组织通信网络中，由于任意两点之间都有可能发生通信，网络中的通信业务主要以任意点到点（any-to-any）的形式而存在。另外，由于无线传感器网络中只有当用户发起查询或命令，传感器节点检测到异常事件，或者报告周期到达时，网络中才会产生通信业务，节点平时只处于监测状态，因此网络中的业务量相对较低，而无线自组织通信网络通常需要传输话音、数据、视频等业务，其业务量相对传感器网络而言是比较高的。

3.5 关注问题侧重点的不同无线传感器网络节点通常采用电池供电，且难以补充能量，能量有效性是无线传感器网络设计的主要目标之一；另外，适应传感器节点功能简单的特点，无线传感器网络的协议及算法设计都非常强调简单、高效。而无线自组织通信网络仍是一个通信网络，所关注问题的侧重点仍主要在于网络容量、业务的QoS保证、业务传输的有效性及可靠性等方面。

4结束语

无线传感器网络是目前信息技术领域中重要的前沿技术，由于精度、灵活性、可靠性、经济性的优良特性以及与传统无线网络相比的众多优势，其应用和发展具有广阔的市场前景。通过不断深入的研究无线传感器的网络应用技术，能够在更成熟的技术优势下，建立更成功更标准的应用模式。

参考文献：

[1]周婵，李昕.工业无线传感器网络性能综合评价研究[J].计算机工程,2010，36（16）：82-84.