无线传感网络学习心得

无线传感网络学习心得
无线传感器网络学习心得
当我第一次接触本课程时，无意中在教科书中看到了无线传感器网络的基本概况：无
线传感器网络是一种新型的信息采集平台，可以实时监控和采集网络分布区域内各种检测
对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，实现指定范围内的复杂目标检测和跟踪。

这
让我想起了物联网系统的感知层和网络层。

乍一看，这不是物联网感知层和网络层的整体
解决方案吗？《商业周刊》和《麻省理工学院技术评论》分别将无线传感器网络列为改变
世界的十大技术之一。

作为一名物联网工程专业的大学生，我明白这一点，并在心中点燃
了一团火焰，因为我认为作为时代的推动者，我们将成为21世纪人类建设的参与者。

学习无线传感器网络这个课程，分3个阶段，第一个阶段是分别讲解无线传感器网络
里面的各个组成部分，包括物理层，信道接入技术，路由协议，拓扑技术，网络定位与时
间同步技术等等。

第二个阶段是整合零碎的知识，总结出无线传感器网络的工作原理。

第
三阶段是利用现有知识理解无线传感器网络在物联网环境下的应用并且能够根据现实需求
设计出符合要求的一个整体的无线传感器网络。

第一阶段知识总结：（1）无线传感器网络的物理层是数据传输的底层。

它需要考虑
编码和调制技术、通信速率、通信频带等问题。

信道接入技术包括IEEE 802.11 MAC协议、S-MAC协议、sift协议、TDMA技术、DMAC技术、CDMA技术。

在物理层和信道接入技术方面，主要有两种标准，一种是IEEE 802.1 15.4标准，一种是ZigBee标准，它们各有优
缺点，可以根据实际情况采用不同的标准。

（2）无线传感器网络路由协议的功能是找到
从源节点到目的节点的一条或多条满足一定条件的路径，并沿着找到的路径转发数据包。

路由协议包括洪泛协议、信令协议、spin协议、DD协议、谣言协议、SAR协议、LEACH协议、PEGASIS协议等。

（3）动态拓扑结构是无线传感器网络的最大特点之一。

拓扑控制
策略为路由协议、MAC协议、数据融合、时间同步和目标定位奠定了基础。

在无线传感器
网络中，拓扑控制会影响整个网络的生存时间，减少节点间的通信干扰，提高网络通信效率，为路由协议和时间同步提供依据，影响数据融合，弥补节点故障的影响。

（4）无线
传感器网络中有两种基本的感知模型，它们与覆盖问题直接相关。

根据无线传感器网络的
不同应用，覆盖要求通常是不同的。

根据覆盖目标的不同，现有的覆盖算法可分为表面覆盖、点覆盖和栅栏覆盖。

（5）无线传感器网络的定位是指通过特定方法提供节点位置信
息的自组织网络。

这种自组织网络定位分为节点自定位和目标定位。

节点自定位是确定网
络中节点坐标位置的过程。

目标定位是确定目标在网络覆盖范围内的坐标位置。

在定位过
程中，定位算法分为基于测距的定位算法和无测距的定位算法。

基于测距的定位算法需要
测量相邻节点之间的绝对距离或访问方向，并利用节点之间的实际距离或方向来计算定位
节点的位置。

常用的测距技术包括RSS（到达信号强度）测量方法、toa（到达时间）测量方法、TDOA（到达时差）测量方法、RSSI（到达信号强度）测量方法等，在无线传感器网
络中，目标跟踪的主要目的不是追求定位的准确性，而是动态监测运动目标或时间。

基于
无线传感器网络的目标跟踪过程大致包括三个阶段：检测、定位和通知。

检测阶段：无线
传感器网络中的节点通过传感器模块定期检测是否存在目标。

定位阶段：为了节省能源，
只有靠近跟踪目标的节点才能定位目标。

如果节点接收到从两个或多个其他节点到跟踪目
标的距离，则可以选择三条边
定位法或者多边极大似然估计法计算跟踪目标的位置。

通告阶段：计算出跟踪跟踪目
标的运动轨迹后，传感器网络要通知跟踪目标周围的节点启动进入跟踪状态。

（7）无线
传感器网络中的时间同步技术有两大时间同步模型，时钟模型与通信模型。

时间同步协议
中有经典的lts协议，rbs协议，tpsn协议，dmts协议和ftsp协议等协议。

（8）在无线传感器网络中间件应用中，无线传感器网络中间件体系结构是无线传感器网络中间件的核心，它决定着无线传感器网络的运行及组织方式。

（9）传感器网络以数据中心的特点使
得其设计方法不不同于其他计算机网络，传感器网络应用系统的设计以感知数据管理和处
理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现
一个高性能的以数据为中心的网络系统。

（10）无线传感器网络数据不能局限于网络内部
传输，这样不利于无线传感器网络的普及应用，必须让终端用户能够通过外部网络（如internet）便捷地访问无线传感器网络采集的环境数据。

这就需要物联网环境下的无线传
感器网络接入技术了。

多网融合的无线传感器网络是在传统的无线传感器网络的基础上，
利用网关接入技术，实现无线传感器网络与以太网、无线局域网、移动通信网等多种网络
的融合。

处于特定应用场景中的、高效组织组织的节点，在一定的网络调度与控制策略驱
动下，对其所部属的区域开展监控与传感；网关节点设备将实现对其所在的无线传感器网
络的区域管理、任务调度、数据聚合、状态监控与维护等一系列功能。

经网关节点融合、
处理并经过相应的标准化协议处理和数据转换之后的无线传感器网络信息数据，将有网关
节点设备聚合，根据其不同的业务需求及所接入的不同网络环境，经由td-scdma和gsm
系统下的地面无线接入网、internet环境下的网络通路及无线局域网网络下的无线链路接入点等，分别接入td-scdma与gsm核心网、internet主干网及无线局域网等多类型异构
网络，并通过各网络下的基站或主控设备，将传感信息分发至各终端，以实现针对无线传
感器网络的多网远程监控与调度。

（11）无线传感器网络具有很强的应用相关性，起硬件
需要满足轻量化、扩展性、灵活性、稳定性、安全性与低成本等要求。

学习的第二个阶段，对零碎的知识点进行整合，总结出对无线传感的工作原理的自我理解。

上图是一个典型的无线传感器网络应用系统的简单示意图。

它有三种无线传感器网络
应该具备的基本节点类型，即传感器节点，
汇聚节点（sink），用户的管理节点（user）以及互联网或通信卫星。

传感器节点（sensornode）分布于监测区域的各个部分（sensorfield），用于收集数据，并且将数
据路由至信息收集节点（sink），信息收集节点（sink）与信息处理中心（user）通过广
域网络进行通信，从而对收集到的数据进行处理。

学习的第三阶段：利用现有的知识体系，理解无线传感器网络在现实中的应用，并且可以根据现实的需求设计出合理的应用体系。

结合无线传感器网络在农业中的应用进行探究：（1）在体系结构选择方面，其体系结构
选择通性化的网络体系结构，跟上图体系相符。

（2）节点选择方面，由于农业监测的复
杂性及监测环境对于外来设备的敏感性，要求传感器节点体积尽可能小，为了获取到确切
的监测信息，要求传感器节点装备多种高精度传感器。

为了延长传感网的使用寿命，需要
传感器节点具有尽可能长的生命周期。

（3）能量管理：实际情况下的传感器网络应用可
能需要长达多个月的环境监控，而单个节点的能量非常有限。

为了节省能量，在发生传感
任务时，只有相邻区域的节点处于传感通信状态，其余节点不需要传感和转发数据包，应
当关闭无线通信系统，使其休眠节省能量。

（4）数据采集方面，在无线传感器网络中，
靠近基站的节点要为其他节点转发数据，能量消耗较大，边缘节点只要进行数据收集，能
耗较少，所以边缘节点应当采取一定的算法对数据进行融合，降低通信量，校正采样数据
之后再进行发送。

（5）通信机制方面，包括路由协议、mac协议及通信部件的控制访问机制等，路由协议负责将数据分组从源节点通过网络发送到目的节点，寻找源节点和优化节
点间的路径，将数据分组沿优化的路径正确转发。

mac协议决定无线信道的使用方式，在
节点间分配有限的通信资源，无线通信模块在发送状态消耗能量最多，睡眠状态消耗最少，接受和侦听状态下消耗稍小于发送状态（6）远程任务控制主要是在对环境监控一段时间后，调整网络的任务，这需要向基站发出命令，基站通过发送广播消息发出指令，还要对
节点的能量、通信等状态进行监控，不断进行任务调整，延长传感器网络的使用寿命。

根据实际需求设计合理的应用系统，分为以下几个步骤：（1）分析实际需求，根据
客户需求编写需求文档。

（2）设计了无线传感器网络的总体框架，选择并设计了各种通
信协议和通信机制。

（3）分别对框架中的软件和硬件进行分析和设计（4）进入开发状
态（5）测试、交付和维护
以上就是我对无线传感器网络课程的学习心得了，在此课程中，虽然我对其中的知识
体系有所了解，但是缺少实际的操作与开发，只是停留在了浅显的认识层面，只有通过实
际的操作，才能更深入地去了解它其中的核心，而这一点却恰恰是我们这个课程的学生所
缺少的，基于此，我非常地希望在这个专业、这个课程中，有专业的实验室让我们这群学
生能够进行实打实的器械操作，这样才能真正地达到“格物致知”，“学为实用”啊。