無線感測器網路常用的通信技術

1. 無線通信網路如何分類

無線根據國際上所採用的通信技術種類可將無線感測器網路劃分為無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線區域網(WLAN)、無線個域網(WPAN)、低速率無線個域網(LR-WPAN)。以下是對各類網路各自常見和常用的通信技術進行簡單介紹。

1、無線區域網(WLAN)

無線區域網是指以無線電波、紅外線等無線媒介來代替目前有線區域網中的傳輸媒介(比如電纜)而構成的網路。無線區域網內使用的通信技術覆蓋范圍一般為半徑100m左右，也就是說差不多幾個房間或小公司的辦公室。當然實際的覆蓋范圍受很多因素影響，比如通信區域中的高大障礙物。

2、IEEE

802.11系列標準是IEEE制訂的無線區域網標准，主要對網路的物理層和媒質訪問控制層進行規定，其中重點是對媒質訪問控制層的規定。目前該系列的標准有：IEEE802.11、IEEE 。802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE

802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等，其中每個標准都有其自身的優勢和缺點。

3、WIFI

Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基於IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。現時一般人會把Wi-Fi及IEEE 802.11混為一談。甚至把Wi-Fi等同於無線網際網路。

4、IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是對IEEE 802.11b的一種高速物理層擴展，它也工作於2.4GHz頻帶，物理層採用直接序列擴頻(DSSS)技術，而且它採用了OFDM技術，使無線網路傳輸速率最高可達54Mbps，並且與IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的設計方式幾乎是一樣的。

2. 無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一，是目前計算機網路、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面我為大家搜索整理了關於無線感測器網路的特點及關鍵技術，歡迎參考閱讀！

一、無線感測器網路的特點

與其他類型的無線網路相比，感測器網路有著鮮明的特徵。其主要特點可以歸納如下：

（一）感測器節點能量有限。當前感測器通常由內置的電池提供能量，由於體積受限，因而其攜帶的能量非常有限。如何使感測器節點有限的能量得到高效的利用，延長網路生存周期，這是感測器網路面臨的首要挑戰。

（二）通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為E=kdn。其中，參數n的取值為2≤n≤4，n的取值與許多因素有關。但是不管n具體的取值，n的取值范圍一旦確定，就表明，無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此，在滿足網路連通性的要求下，應盡量採用多跳通信，減少單跳通信的距離。通常，感測器節點的通信范圍在100m內。

（三）計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求，感測器節點往往體積小；另一方面出於成本控制的目的`，節點的價格低廉。這些因素限制了節點的硬體資源，從而影響到它的計算、存儲和通信能力。

（四）節點數量多，密度高，覆蓋面積廣。為了能夠全面准確的監測目標，往往會將成千上萬的感測器節點部署在地理面積很大的區域內，而且節點密度會比較大，甚至在一些小范圍內採用密集部署的方式。這樣的部署方式，可以讓網路獲得全面的數據，提高信息的可靠性和准確性。

（五）自組織。感測器網路部署的區域往往沒有基礎設施，需要依靠感測器節點協同工作，以自組織的方式進行網路的配置和管理。

（六）拓撲結構動態變化。感測器網路的拓撲結構通常是動態變化的，例如部分節點故障或電量耗盡退出網路，有新的節點被部署並加入網路，為節約能量節點在工作和休眠狀態間進行切換，周圍環境的改變造成了無線通信鏈路的變化，以及感測器節點的移動等都會導致感測器網路拓撲結構發生變化。

（七）感知數據量巨大。感測器網路節點部署范圍大、數量多，且網路中的每個感測器通常都產生較大的流式數據並具有實時性，因此網路中往往存在數量巨大的實時數據流。受感測器節點計算、存儲和帶寬等資源的限制，需要有效的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數據流進行處理。

（八）以數據為中心。對於感測器網路的用戶而言，他們感興趣的是獲取關於特定監測目標的真實可靠的數據。在使用感測器網路時，用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網路，而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節點。感測器網路中的查詢、感知、傳輸都是以數據為中心展開的。

（九）感測器節點容易失效。由於感測器網路應用環境的特殊性以及能量等資源受限的原因，感測器節點失效（如電池能量耗盡等）的概率遠大於傳統無線網路節點。因此，需要研究如何提高數據的生存能力、增強網路的健壯性和容錯性以保證部分感測器節點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外，對於部署在事故和自然災害易發區域的無線感測器網路，還需要進一步研究當事故和災害導致大部分感測器節點失效時如何最大限度地將網路中的數據保存下來，以提供給災害救援和事故原因分析等使用。

二、關鍵技術

無線感測器網路作為當今信息領域的研究熱點，設計多學科交叉的研究領域，有非常多的關鍵技術有待研究和發現，下面列舉若干。

（一）網路拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結構，能夠提高路由協議和MAC協議的效率，可為數據融合、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎，有利於節省能量，延長網路生存周期。所以拓撲控制是無線感測器網路研究的核心技術之一。目前，拓撲控制主要研究的問題是在滿足網路連通度的前提下，通過功率控制或骨幹網節點的選擇，剔除節點之間不必要的通信鏈路，生成一個高效的數據轉發網路拓撲結構。

（二）介質訪問控制（MAC）協議。在無線感測器網路中，MAC協議決定無線信道的使用方式，在感測器節點之間分配有限的無線通信資源，用來構建感測器網路系統的底層基礎結構。MAC協議處於感測器網路協議的底層部分，對感測器網路的性能有較大影響，是保證無線感測器網路高效通信的關鍵網路協議之一。感測器網路的強大功能是由眾多節點協作實現的。多點通信在局部范圍需要MAC協議協調其間的無線信道分配，在整個網路范圍內需要路由協議選擇通信路徑。

在設計MAC協議時，需要著重考慮以下幾個方面：

（1）節省能量。感測器網路的節點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，能量有限。

（2）可擴展性。無線感測器網路的拓撲結構具有動態性。所以MAC協議也應具有可擴展性，以適應這種動態變化的拓撲結構。

（3）網路效率。網路效率包括網路的公平性、實時性、網路吞吐量以及帶寬利用率等。

（三）路由協議。感測器網路路由協議的主要任務是在感測器節點和Sink節點之間建立路由以可靠地傳遞數據。由於感測器網路與具體應用之間存在較高的相關性，要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協議是困難的，因而人們研究並提出了許多路由方案。

（四）定位技術。位置信息是感測器節點採集數據中不可或缺的一部分，沒有位置信息的監測消息可能毫無意義。節點定位是確定感測器的每個節點的相對位置或絕對位置。節點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性，魯棒性，能量高效和分布式計算等要求。

（五）數據融合。感測器網路為了有效的節省能量，可以在感測器節點收集數據的過程中，利用本地計算和存儲能力將數據進行融合，取出冗餘信息，從而達到節省能量的目的。

（六）安全技術。安全問題是無線感測器網路的重要問題。由於採用的是無線傳輸信道，網路存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時，網路的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。

3. 什麼是無線感測器網路

無線感測器的無線傳輸功能，常見的無線傳輸網路有RFID、ZigBee、紅外、藍牙、GPRS、4G、2G、Wi-Fi、NB－IoT。
與傳統有線網路相比，無線感測器網路技術具有很明顯的優勢特點，主要的要求有： 低能耗、低成本、通用性、網路拓撲、安全、實時性、以數據為中心等。

4. 無線感測器網路常見通信協議標準是什麼

無線感測器網路主要由三大部分組成，包括節點、感測網路和用戶這3部分。其中，節點一般是通過一定方式將節點覆蓋在一定的范圍，整個范圍按照一定要求能夠滿足監測的范圍；感測網路是最主要的部分，它是將所有的節點信息通過固定的渠道進行收集，然後對這些節點信息進行一定的分析計算，將分析後的結果匯總到一個基站，最後通過衛星通信傳輸到指定的用戶端，從而實現無線感測的要求

5. 無線感測器網路可能採用哪些無線通信方式

無線感測器網路，是一種有別於有線數據傳輸的無線傳輸組網方式。目前比較常用的無線通信方式主要有以下5種方式，根據實際應用情況，選擇相應的無線通信方式。
一、2.4GHZ

二、433MHZ
三、490MHZ
四、GPRS
五、4G
無線感測器網路因具有成本低、范圍大、布設靈活、移動支持等特點，工業無線感測器網路在很多領域得到廣泛應用，如：
1、信立/XL工廠生產過程數據採集系統：設備運行狀態及工藝參數採集；變頻器、智能裝置、智能設備、智能儀表等數據採集；生產線運行狀態數據採集；溫循設備數據採集；老化房、高低溫箱數據採集；倉儲、儲罐液位，環境溫濕度、氣體監測。
2、信立/XL管網、管溝監測系統：供水管網壓力、流量等參數採集；蒸汽、供暖、供熱管網壓力、溫度、流量等參數採集；壓縮空氣管網壓力採集；燃氣管網壓力、溫度參數採集；管溝水位、氣體含量、井蓋位置參數採集。
3、信立/XL能源管理系統：電力數據採集；水、汽、氣能耗數據採集；配電監系統數據採集。
4、信立/XL倉儲、儲藏環境監測系統：醫用超低溫冰箱溫度參數採集；醫葯倉儲環境溫濕度、氣體參數採集；糧食、食品倉儲環境溫濕度數據採集。
5、信立/XL農牧業環境監測系統：養雞、養牛環境溫濕度、H2S、NH3、光照等參數採集；農業大棚環境溫濕度、土壤溫濕度、光照、CO2等參數採集。
6、信立/XL大氣環境監測系統：公園、學校、社區等公共場所PM2.5、PM10、CO2、VOC、有毒有害氣體參數採集；城市、工業園區、森林等大氣環境PM2.5、PM10、O2、CO2、VOC、有毒有害氣體參數採集。

6. 目前無線感測器網路採用的主要傳輸介質有哪些 各有何特點

總體上分為電磁波和聲波，聲波主要用於水下無線感測器通信，比如聲吶，雷達等，聲波的特點是容易受到干擾，遇到障礙物容易被反彈，穿透性差。

電磁波又可戲份為無線電波，可見光波，紅外線，微波，毫米波，以及射線等。其中紅外波主要用於短距離無線通訊，比如障礙識別，遙控器等，其特點是穿透性差，容易反射。

無線電波是最主要的無線通訊介質。其特點是具有一定的可穿透性，可遠距離傳輸也可近距離傳輸，抗干擾能力相對較強。

無線感測器網路：

無線感測器網路是一種全新的信息獲取品台，能夠實時監測和採集網路分布區域內各種監測對象的數據，並將這些數據發送至網關節點，以實現范圍內目標檢測，追蹤等。特點是快速展開，抗毀強。

三個基本要素是：感測器，感知對象，觀察者。

7. 無線通信技術有哪些作用分別是什麼

1.EnOcean

EnOcean無線通信標准被採納為國際標准「ISO/IEC 14543-3-10」，這也是世界上唯一使用能量採集技術的無線國際標准。EnOcean能量採集模塊能夠採集周圍環境產生的能量，從光、熱、電波、振 動、人體動作等獲得微弱電力。這些能量經過處理以後，用來供給EnOcean超低功耗的無線通訊模塊，實現真正的無數據線，無電源線，無電池的通訊系統。 EnOcean無線標准ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz頻段，傳輸距離在室外是300 米，室內為30米。

2.Zigbee

Zigbee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。Zigbee使用頻段為2.4G，868MHz以及915MHz。在不使用功率放大器的前提下，Zigbee的有效傳輸范圍為10-75m。

3.Z-Wave

Z-Wave是由丹麥公司Zensys所主導的無線組網規格， Z-Wave是一種新興的基於射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適於網路的短距離無線通信技術。工作頻帶為908.42MHz，868.42MHz信號的有效覆蓋范圍在室內是30m，室外可超過100m，適合於窄帶寬應用場合。Z-Wave技術也是低功耗和低成本的技術，有力地推動著低速率無線個人區域網。

4.Bluetooth

藍牙技術主要分為BT3.0+HS和4.0版本中加入的Wibree標准也就是Bluetooth Low Energy(BLE)。在輕家居領域，主要討論BLE部分。低功耗藍牙(BLE)技術是低成本，短距離，可互操作的魯棒性無線技術，工作在2.4G頻段。BLE採用可變連接時間間隔，幾毫秒到幾秒，利用快速的連接方式，平時可以處於「非連接」狀態節省能源，此時鏈路兩端相互間只是知曉對方，只有在必要時才開啟鏈路，然後在盡可能短的時間內關閉鏈路，因此擁有極低的運行和待機功耗。

8. 感測器的無線技術有哪幾種各自的優缺點

無線只是一種通訊手段，感測器的無線技術，只是把原來用有線線纜傳輸的方式變成了無線，見過的感測器的無線技術 有 zigbee， gprs， gsm， 數傳電台等。