無線感測器網路關鍵

⑴ 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。

⑵ 5、簡要的說明無線感測器中的關鍵支撐技術,試舉出幾個應用關鍵技術的例子

作為一種新興的信息獲取和處理技術,無線感測器網路日益成為學術界及工業界關注的重點.鑒於感測器網路中節點移動的不可避免性和必要性,在考慮了無線感測器網路中移動節點的功能需求的基礎上,設計並實現了一種雙輪差分驅動,SMA模塊化電子系統結構的MDmoteZ移動節點.並且,針對室外應用環境的應用需求,設計並實現了一種四輪驅動的4WDmoteZ移動節點.同時,建立了一個基於無線感測器網路的網路覆蓋實例,從而為下面章節的節點部署與網路修復,以及定位與跟蹤等的研究提供了有效平台支撐.本文首先針對無線感測器網路中節點部署和網路修復問題展開討論,提出一種基於柵格簇劃分的優化覆蓋探測部署演算法,在每個柵格內移動節點通過Z形環境探測策略以完成柵格內的節點部署,同時,針對Dijstra最短路徑演算法進行改進,在更新最短路徑值與選擇最短路徑值最小的結點時,僅僅涉及結點的鄰居母親結點集合及標識集合中所有結點的鄰居母親結點集合與已標識集合的差集,因此減少了參與選擇計算的結點,進而提高了移動節點執行網路修復時的路徑規劃效率.在感測器網路中,位置信息對感測器網路的監測活動至關重要.提出了一種針對無線感測器網路的自適應定位演算法。

⑶ 簡述無線感測器網路路由協議的考慮因素

• 能耗：WSN節點通常使用電池或其他有限的能源供電，因此路由協議需要考慮盡量減少節點的能耗消耗，延長節點壽命。

• 通信質量：WSN節點通常通過無線信道進行通信，信道質量受到多種因素的影響，如信道雜訊、信道干擾等。路由協議需要考慮如何利用有效的路由路徑，最大限度地提高通信質量。

• 數據傳輸延遲：WSN通常用於實時監測和控制，路由協議需要保證數據在盡可能短的時間內傳輸到目標節點，以滿足實時性的要求。

• 網路拓撲結構：WSN的節點通常分布在廣泛的區域中，需要考慮網路的拓撲結構，如節點之間的距離、閉桐節點分布的密度、節點之間的關系等。

• 網路安全性：WSN的節點通常分布在開放環境中，可能會受到各種攻擊，因此路由協議需要考慮網路安全性，防止節點被攻擊，保護數據的安全。

• 路由協議的復雜度：WSN通常包含大量的節點，路由協議需要盡可能簡單，易於實現和維護。

總之，WSN路由協議需要綜合考慮以上多個因素，以滿足不同應用場景檔讓下的要求，並保證網路的高效、穩定、安全轎蠢坦和可靠性。

⑷ 無線感測器網路的關鍵技術有哪些

感測技術，包括光感、聲感等。
無線網路技術，基於紅外的、基於無線電磁波的等無線網路技術。
無線網路數據包在有線網路的傳輸技術，一般是需要進行二次封裝的，才能將無線網路數據包在有線網路中進行傳輸。