无线传感器网络综述
无线传感器网络综述
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陶 晓 艳 /无 线 传 感 器 网 络 综 述
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无线传感器网络应用技术综述
无线传感器网络应用技术综述摘要:传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中,用于实现某些应用。
无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一,引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
通过总结相关方面的工作,综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用,并对具体应用的一些重要特性进行分析,在此基础上提出若干值得继续研究的方面。
关键词:无线传感器;网络应用一、无线传感器网络简介随着微机电系统的迅速发展,片上系统SoC(System on Chip)得以实现,一块小小的芯片可以传递逻辑指令,感知现实世界,乃至做出反应。
无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network),这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络,引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
传统的传感器网络通常由两种节点:传感器节点(sensor)和接收器节点(sink)组成。
传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输;接收器节点则是数据传输的目标节点,一般具有人机交互界面,并可以接入其它类型的网络体系。
传感器网络以其低成本、低功耗的特点,在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用。
在本文中,对大量现有无线传感器和无线传感器网络的应用进行分析,从节点移动性、节点互联方式、网络数据规模、网络分层结构等方面进行分析和比较。
并在此基础上,提出若干值得继续研究的方面,为挖掘传感器网络新的应用打下基础。
二、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、ad hoc网络等,与这些网络相比,无线传感器网络具有以下特点:(1)硬件资源有限。
节点由于受价格、体积和功耗的限制,其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中,协议层次不能太复杂。
(2)电源容量有限。
网络节点由电池供电,电池的容量一般不是很大。
任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
(3)自组织。
无线传感器网络技术综述
无线传感器网络综述摘要:无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。
因其巨大的应用前景而受到科学界越来越广泛的重视。
本文介绍了无线传感器的定义、体系结构以及特点,并着重分析了无线传感器网络研究的一些关键问题,最后探讨了无线传感器网络的应用前景以及发展方向。
关键字:无线传感器网络;体系结构;关键技术;应用一、无线传感器网络的定义无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。
二、无线传感器网络的原理利用各种类型的敏感元件构成的传感器,分布于需要覆盖的领域内,组成传感器节点,用于收集数据,并且将数据路由送至信息收集节点“Sink”,信息收集节点与信息处理节点通过广域网将数据送至地面监控中心进行统计分析和处理,并对监测结果进行综合评估。
三、无线传感器网络的体系结构3.1无线传感器网络的系统构架无线传感器网络的系统构架如下图1-1所示,通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点,即无线传感器网络的三个要素是传感器、感知对象和观察者。
3.2传感器节点的结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成,如图1-2所示。
在软件设计方面,各通信协议都应该以节能为中心,必要时可以牺牲一些其他的一些网络性能指标,以获得更高的电源效率。
图1-2无线传感器网络节点结构3.3无线传感器网络的体系结构无线传感器网络的体系结构由分层的网络通信协议、网络管理平台以及应用支撑这三个部分组成,如下图1-3所示。
网络通信协议网络管理平台图1-3.无线传感器网络的体系结构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。
物理层的功能包括信道选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等。
数据链路层的主要任务是加权物理层传输原始比特的功能,使之对上层显现一条无差错的链路。
无线传感器网络的研究内容综述
无线传感器网络的研究内容综述摘要:无线传感器网络具有广泛的应用前景,且能够实现多种功能,因而是当前学术研究的一个重点领域。
本文介绍了无线传感器网络的体系结构和组网特点,详细分析了当前无线传感器网络中各层次的通信协议。
关键词:无线传感器网络体系结构组网特点通信协议1 无线传感器网络结构无线传感器网络的典型结构为自组多跳网络。
该网络中的节点同时具有传感、信息处理以及无线通信功能,每个节点通过多跳路由连接到无线网关,通过无线网关实现与监控终端的通信。
鉴于节点的属性限制,其通信距离较短,因此必须使用多跳路由,且节点数量要多,分布要密集。
2 无线传感器网络特点无线传感器网络具有如下几方面特点。
①硬件功能有限。
由于节点体积较小、价格相对低廉且要求运行的功耗较低,故其在性能方面要比通用的计算设备差很多。
②续航时间有限。
该方式为电池供电,且节点体积较小,分部环境较复杂,因而无法为电池充电或者为节点更换电池,一旦能源消耗完毕,该节点也就死亡,因此在传感器网络的设计中,一切以节能为前提。
③自组织性。
无线传感器网络的覆盖都是由节点自助完成的,不需要依赖任何支撑网络设施。
④无中心性。
网络中所有节点都是相对独立和平等的,任意节点的离开或加入都不会影响整个网络的运行。
⑤多跳路由。
无线传输网络中的节点只能在小范围内进行通信,因而若希望实现与网关或者外围监控终端的通信则必须通过其他节点进行路由实现。
⑥节点数量庞大,网络分布密集。
在某一区域进行无线传感器网络部署时需要使用大量的节点来维持网络的容错性和抗毁性。
3 无线传感器网络协议层次无线传感器网络的通信协议主要分为物理层、链路层、网络层和传输层。
对于这些协议需要进行具体讨论,现有的如ieee802.1x协议无法在无线传感器网络中应用。
3.1 物理层物理层的主要作用为产生载波对所需传输的数据进行调制与解调。
当前时期对物理层节点的设计思路主要有两种,一种为使用mems和集成电路技术等对节点的微处理器、传感器等模块进行设计;另一种为使用现有的商业元器件进行节点构建。
无线传感器网络研究现状与应用
无线传感器网络研究现状与应用一、本文概述无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种由许多在空间上分布的自动装置组成的网络,这些装置能够使用传感器协作地监控不同环境或对象的物理或化学现象,并通过无线方式进行信息传输。
近年来,随着物联网、大数据和等技术的飞速发展,无线传感器网络的研究和应用日益受到关注,成为信息技术领域的一个研究热点。
本文旨在全面综述无线传感器网络的研究现状和应用领域。
我们将对无线传感器网络的基本概念、特点和关键技术进行介绍,包括传感器节点的设计与优化、网络通信协议、能量管理策略等。
接着,我们将对无线传感器网络在环境监测、智能交通、农业物联网、医疗健康、军事防御等领域的应用进行深入探讨,分析其在不同场景下的优势和挑战。
我们还将对无线传感器网络的发展趋势和未来研究方向进行展望,以期为该领域的进一步发展提供参考和借鉴。
通过本文的阐述,我们希望能够为相关领域的学者和工程师提供一个全面而深入的无线传感器网络研究现状和应用概览,同时推动无线传感器网络技术的进一步发展和应用推广。
二、无线传感器网络研究现状无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是近年来物联网领域研究的热点之一。
随着微型化、低功耗、高性能传感器技术的快速发展,以及无线通信技术的进步,无线传感器网络得到了广泛的应用和深入的研究。
网络拓扑与协议研究:无线传感器网络拓扑结构的研究主要关注如何有效地组织传感器节点,以提高网络的覆盖范围和连通性。
针对传感器节点的能量限制,研究人员还设计了多种节能的通信协议,如跳频扩频、时分复用等,以延长网络的生命周期。
数据融合与处理技术:在无线传感器网络中,由于传感器节点数量众多,产生的数据量巨大。
因此,数据融合与处理技术成为了研究的重点。
数据融合旨在将多个传感器节点的数据融合成一条或多条有用信息,减少数据传输量并提高数据的准确性。
无线传感网络综述
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一种由传感器节点构成的网络,能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象),并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去,通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1)硬件资源有限:节点由于受价格、体积和功耗的限制,其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中,协议层次不能太复杂。
2)传感节点数目多、易失效:根据应用的不同,传感器节点的数量可能达到几百万个,甚至更多。
此外,传感器网络工作在比较恶劣的环境中,经常有新节点加入或已有节点失效,网络的拓扑结构变化很快,而且网络一旦形成,人很少干预其运行。
因此,传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性,相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3)通信能力有限:考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大,传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限,通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化,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,无线通信性能可能经常变化,频繁出现通信中断。
4)电源能量有限:网络节点由电池供电,电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中,不能给电池充电或更换电池,一旦电池能量用完,这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中,任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5)以数据为中心是网络的核心技术:对于观察者来说,传感器网络的核心是感知数据,而不是网络硬件。
例如,在应用于目标跟踪的传感器网络中,跟踪目标可能出现在任何地方,对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间,并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须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,使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
无线传感器网络技术
无线传感器网络技术无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是近年来快速发展起来的一种先进的感知与通信技术。
它由大量分布在监测区域内的无线传感器节点组成,通过无线通信和信息处理技术,可以实现对环境、物体或事件的实时、动态、全面的检测、监测和定位,具有广阔的应用前景。
1. 无线传感器网络的概述无线传感器网络是一种分布式的网络结构,由大量部署在监测区域内的传感器节点组成。
这些传感器节点可以感知、采集、处理和传输环境中的信息,并通过无线通信与其他节点进行交互和协作。
这种分布式的感知与通信方式使得无线传感器网络具备了广泛的应用场景和巨大的潜力。
2. 无线传感器网络的组成与特点无线传感器网络主要包括传感器节点、数据中心和通信网络三个部分。
传感器节点是无线传感器网络的核心,它们通过感知、采集和处理环境中的信息,并通过通信网络将数据传输到数据中心进行进一步的处理和分析。
无线传感器网络具有自组织、自适应、动态调整、灵活部署等特点,可以实现对环境的全面、实时、动态的监测和控制。
3. 无线传感器网络的应用领域无线传感器网络在农业、环境监测、智能交通、智能家居、工业控制等领域都有广泛的应用。
在农业领域,无线传感器网络可以实现对土壤湿度、温度、光照等环境参数的实时检测和控制,提高农作物的产量和质量。
在环境监测领域,无线传感器网络可以对大气污染、水质污染、噪音等环境因素进行实时监测和预警。
在智能交通领域,无线传感器网络可以实现对交通流量、道路状况等信息的实时采集和传输,提高交通管理的效率和安全性。
在智能家居领域,无线传感器网络可以实现对家庭设备、安全系统等的实时监测和控制,提高家庭生活的便捷性和舒适度。
在工业控制领域,无线传感器网络可以实现对工业设备、生产过程等的实时监测和控制,提高生产效率和质量。
4. 无线传感器网络的挑战与发展方向虽然无线传感器网络在应用领域有广泛的前景,但也面临着一些挑战。
无线传感器网络简介
无线传感器网络简介无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是指由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
每个传感器节点都具有感知、处理和通信的能力,可以实时采集和传输环境中的各种信息。
无线传感器网络的发展,为我们提供了一种全新的数据采集和监测手段,广泛应用于环境监测、农业、交通、医疗等领域。
一、无线传感器网络的组成与特点无线传感器网络由大量的传感器节点组成,每个节点都具有自身的处理器、存储器和无线通信模块。
这些节点通过无线通信方式相互连接,形成一个自组织的网络。
传感器节点通常由能源有限的电池供电,因此能源管理是无线传感器网络设计中的重要问题。
无线传感器网络具有以下特点:1. 分布式:传感器节点分布在空间中,可以覆盖较大的区域,实现全面的环境监测。
2. 自组织:传感器节点可以自主地进行网络组网和节点加入/离开操作,具备一定的自适应能力。
3. 多功能:传感器节点可以感知多种环境参数,如温度、湿度、光强等,可以应用于不同领域的监测需求。
4. 低功耗:由于能源有限,传感器节点通常采用低功耗设计,延长节点的工作寿命。
二、无线传感器网络的应用无线传感器网络在各个领域都有着广泛的应用。
1. 环境监测:无线传感器网络可以实时监测环境中的温度、湿度、空气质量等参数,为环境保护和监测提供数据支持。
2. 农业领域:传感器节点可以监测土壤湿度、光照强度等参数,帮助农民实现精细化的农业管理,提高作物产量和质量。
3. 交通领域:无线传感器网络可以监测道路交通流量、车辆速度等信息,为交通管理提供实时数据,提高交通运输效率。
4. 医疗领域:传感器节点可以监测患者的生理参数,如心率、血压等,实现远程医疗监护,提高医疗服务的质量。
5. 工业领域:无线传感器网络可以监测工业生产过程中的温度、压力等参数,实现智能化的生产管理,提高生产效率和产品质量。
三、无线传感器网络的挑战与发展方向虽然无线传感器网络在各个领域都有广泛应用,但也面临一些挑战。
无线传感网发展综述
外 , 以选择的其它功 能单元包括 : 可 定位 系统 、移动系统 以及 电
源自供电系统等。
三 无线传感 网分层结构
与 互 联 网 协 议 框架 类似 ,无线 传 感 器 网络 的 的协 议 框 架 也
上通 用的传输层协议 。但无线传感器网络的资源受限、高锚 误
任
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图 1 无 线 传 感 器 网络 体 系结 构
收 稿日期
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如图1 所示 ,无线传感器 网络是 由多个 带有传感器 数据 处理单元及通信 模块 的节 点根据数据采集任务的需求 自组织而 成的网络 。 其任务 是从环境 中采 集用户感兴趣 的数据 , 数据源 节点负责数 据的采集 , 所采集到 的数据通过 多个中间节点转 发 以多跳 方式传递给 数据接收者 ( ik ,通常数据 在经过 中间 Sn ) 节点时 , 需要一定 的处理 去除冗余性提取 有用信息 。按 照应
对象一般通过表示物理现象 、化学现象或其他 现象的数字量来
表征 。其 工 作 模 式 如 图 1 示 。 所
() 3 节点在电池能量、计算能力和存储容量等方面有限制 。
() 4 拓扑 结构 变化 很 快 。 () 5 以数 据 为 中心 (a e tc 。 D t cn i) a r
无线传感器网络综述
【 摘
无线传 感器 网络 是一种全 新 的信息获 取方式 , 它不需 要 固定 网 络支持 , 随机布 置 、自组 织 、抗毁 性强 、适 应苛刻环 境等优 势, 以其 具 有在 多种场 合满 足信息 获取 的实 时性 、准确 性 、全面性 等需 求 的能 力 。由于无线传感器 网络的应用前景愈来愈广泛, ] 已引起了许 多国家学术界和工业界 的高度重视. 为是对2 世 纪产生巨大影响 被认 1 力的技 术之一 。 本 文介绍 了无线 传感器 网络 数据管理技术 。分析 了无线传感 器 网络的Zg e协议研究现状, ibe 对无线传感器 网络 网络安全进行了探讨, 最后初步探讨 了无线传 感器网络领 域内存在的问题, 并展望 了今后 的
48 注意防止发生共 振现象。 由于定子 电流中含有高次谐 波成 . 分, 电机转矩 中含有脉动分量, 有可能造成 电机的振动与机械振动产生 共振, 使设备 出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后。 利用变 频器频率 跳跃功能设置 , 开共振频率点 。 躲
5 、结 束语
以上通过对变频器运 行过程中存在的干扰 问题 的分析, 提出了解 决这些 问题的实际方法 。随着新技术和新理 论不断在变频 器上的应 用, 变频器 应用存在的这些问题 有望通过 变频 器本身的功叁 嚷 偿来 解决 。以满足工业现场和 社会环境对 变频 器性能不断提高 的需求。 参考文 献 …韩安 荣. 用变频器及其应用 ( 版 )[ . 通 第2 M] 北京: 机械工业 出版
一
4 、总结
本文介绍 了无线传感 器网络数据管理实现技术, 了Zg e 协 分析 iBe 议与无线传 感器 网络相结合的基本技术。 无线传 感器网络网络安全 对 的总体框架进行 了综述 。可 以看到, 在无线传感器 网络发展的同时, 它 还将遇到更 多的困难和 挑战: 如何使 用无线传 感器网络对环境进 行更 合理 的监测和控 制: 如何对传感器 网络 获取 的大量 实时数据进 行分析 处理及可视化展 示: 如何让无线传感器 网络应 用更好地 为人类服务等
无线传感器网络研究综述
无线传感器网络研究综述摘要:无线传感器网络作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物,是一种全新的信息获取和处理技术。
在简要介绍无线传感器网络的基础上,分析和展望了一些有价值的应用领域。
结合已有研究,从无线传感器网络的热点问题、特点和应用三方面介绍无线传感器网络的研究现状。
随着无线通信技术、微型制造技术及电池技术的快速发展,微小的无线传感器已具备感应、无线通信及信息处理能力。
成千上万个微型传感器构成了自治的无线传感器网络。
无线传感器网络节点的微处理能力和无线通信能力使无线传感器网络有广阔的应用前景,能广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用。
1 无线传感器网络简介无线传感器网络由许许多多个功能相同或不同的无线传感器节点组成。
每一个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/DC能量转换器)等组成(如图1所示)。
节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或类头节点(cluster-head node)的角色。
作为数据采集者,数据采集模块收集周围环境的数据(如温度、湿度),通过通信路由协议直接或间接将数据传输给远方基站(base station)或汇节点(sink node);作为数据中转站,节点除了完成采集任务外,还要接收邻居节点的数据,将其转发给距离基站更近的邻居节点或者直接转发到基站或汇节点;作为类头节点,节点负责收集该类内所有节点采集的数据,经数据融合后,发送到基站或汇节点。
图1 传感器节点结构框图与传统Ad Hoc网络相比,无线传感器网络具有一些明显的特征: (1)网络节点密度高,传感器节点数量众多,单位面积所拥有的网络节点数远大于传统的Ad Hoc网络; (2)传感器节点由电池供电,节点能量有限; (3)网络拓扑变化频繁; (4)网络应具备容错能力。
2 无线传感器网络的热点问题2.1 安全问题通常,在无线传感器网络中,大量的传感器节点密集分布在一个区域里,消息可能需要经过若干节点才能到达目的地,而且传感器网络具有动态性和多跳结构,要求每个节点都应具有路由功能。
无线传感器网络技术综述
无线传感器网络技术综述无线传感器网络是一种由数量众多的传感器节点组成、通过无线通信相互连接而形成的网络,其主要目的是感知与采集环境中的各种信息并将其传输到基站。
这种网络结构的应用广泛,涉及到农业、工业、医疗和军事等多个领域。
本文将对无线传感器网络的基础概念、应用领域、技术特点、发展趋势等方面进行综述。
基础概念无线传感器是一种可以感知并收集物理或环境信息的设备,如温度、湿度、声音、光强度等,它能在自身移动范围内自主组网并通过无线传输技术将收集的数据传递到上层网络。
一个典型的无线传感器节点通常由传感器、处理器、存储器、能量源及无线通信模块组成。
当一个节点中的传感器检测到环境的变化,会将采集的数据通过处理器处理并存在自己本地的存储器中,同时通过通信模块向其它节点或基站发送数据。
应用领域无线传感器网络的应用领域非常广泛,包括工业自动化、能源管理、医疗健康、环境监测、安防监控等等。
其中,工业自动化方面的应用比较典型,可以通过部署大量传感器节点实现生产过程中的实时监测和数据采集,从而提高生产线的效率和质量。
另外,无线传感器网络在医疗领域也有很好的应用,如可穿戴式设备能够实时监测生命体征信息、智能药盒能够提醒病人按时服药等等,这些设备都是通过无线传感器节点实现了对人类健康的跟踪。
技术特点(1) 能耗低:由于传感器节点的功耗和尺寸都非常小,因此其特点之一就是具有较低的能耗。
(2) 自组织:无线传感器节点之间可以通过无线通信进行自组织,从而实现自主组网和协作工作。
(3) 数据处理能力:由于节点中既有传感器又有处理器,所以可以实现一定程度的内部数据处理,同时也可以上传采集到的数据给其他节点或基站进行处理。
(4) 网络相对稳定:虽然无线传感器网络常常在复杂的环境下工作,比如山区、森林等,但其节点之间沟通的距离相对较短,且无线信号传输的性质都比较良好,因此,一般有相对稳定的通信质量和能力。
(5) 节点注重自我保护:由于传感器节点通常工作在不稳定的环境中,如天气变化等,因此,节点通常会受到某些不可预测的因素的侵害,如恶意攻击等,所以节点会进行自我保护,而保护方式则基于软硬件的结合。
无线传感器网络应用技术综述
无线传感器网络应用技术综述本文将对无线传感器网络应用技术进行综述,介绍该技术的定义、原理、发展历程以及在各个领域中的应用情况。
无线传感器网络技术以其独特的优势,如可扩展性、灵活性、自组织性等,在智能家居、智能交通、环境监测等领域发挥着越来越重要的作用。
无线传感器网络技术是一种利用微型传感器节点之间的无线通信技术,通过自组织和多跳接力等方式,实现对环境中各种参数(如温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等)进行监测和数据传输的计算机网络系统。
无线传感器网络技术的发展迅速,自20世纪90年代出现以来,已经广泛应用于许多领域。
无线传感器网络技术的应用非常广泛,例如在智能家居领域,可以通过安装温度、湿度、光照等传感器,实现对家居环境的智能控制;在智能交通领域,可以通过在路面上安装传感器节点,实现对交通拥堵的实时监测和预警;在环境监测领域,可以通过在野外或城市中布置各种传感器,实现对空气质量、水质、噪音等环境参数的监测和数据采集。
无线传感器网络技术还可以应用于安全监控、农业物联网、智能医疗等领域。
无线传感器网络技术的优势在于以下几个方面:由于传感器节点体积小、功耗低,可以大量部署,从而实现对环境参数的全方位监测;无线传感器网络具有自组织和多跳接力特性,可以在没有基础设施的情况下进行快速组网和数据传输;无线传感器网络技术具有高度灵活性和可扩展性,可以根据需要随时增加或减少节点数量和监测范围。
然而,无线传感器网络技术也面临一些挑战,如可维护性、网络安全和数据传输等方面的问题。
例如,由于传感器节点的生命周期受到限制,需要定期进行更换和充电,因此需要解决节点的可维护性问题;同时,由于传感器节点之间的通信是无线的,容易受到干扰和攻击,因此需要采取有效的安全措施来保证网络安全;由于传感器节点的处理和存储能力有限,需要优化数据传输协议,以保证数据的实时性和准确性。
未来,随着物联网技术的不断发展,无线传感器网络技术的应用前景将更加广阔。
无线传感器网络节点操作系统TinyOS综述
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是现代传感技术和无 线通信技术的结合体。在WSN中,大量的低功耗、低成本、紧凑型传感器节点以 自组织和多跳的方式进行通信,收集和处理环境信息,以实现各种应用,如环境 监测、军事侦察、智能家居等。为了有效管理和协调这些节点,需要一个相应的 操作系统。TinyOS就是一种专为WSN设计的开源、分布式、事件驱动的操作系统。
通信机方面,TinyOS支持多种无线通信协议,如ZigBee、IEEE 802.15.4 等。它采用了轻量级的通信协议栈,实现了高效、可靠的无线通信,并降低了功 耗。
TinyOS应用程序开发
使用TinyOS开发应用程序需要对TinyOS的编程模型有一定的了解。TinyOS 应用程序的基本结构包括硬件配置、任务定义、事件处理和通信协议等几个部分。
TinyOS内核分析
TinyOS的内核主要包括任务管理、内存分配和通信机制等几个部分。
任务管理方面,TinyOS采用了基于任务的调度模式,每个任务都有自己的优 先级和调度参数。系统根据任务的优先级和调度参数动态地调度任务执行,同时 通过任务间的同步和通信机制来实现协同工作。
内存分配方面,TinyOS采用了静态内存分配方式,每个任务都有自己的内存 空间,避免了对全局内存的竞争访问,提高了系统的效率和可靠性。
3、AI集成:人工智能技术在无线传感器网络中的应用前景广阔。未来 TinyOS可以集成AI算法和模型,实现对传感器数据的智能分析和处理,提高无线 传感器网络的智能化水平。
4、低功耗优化:低功耗一直是无线传感器网络追求的重要指标之一。未来 TinyOS可以通过进一步优化事件驱动机制、节能策略等方面来降低节点功耗,延 长网络寿命。
TinyOS操作系统的实现机制
无线传感器网络节点定位技术综述
无线传感器网络节点定位技术综述无线传感器网络是由一组分布在不同位置的小型传感器节点组成的自组织网络。
这些节点可以感知和采集环境信息,并将这些信息发送到中心控制节点或其他通信节点。
无线传感器网络具有广泛的应用,例如环境监测、军事侦察、智能交通等领域。
然而,节点的位置信息对于许多应用来说是至关重要的。
因此,在无线传感器网络中节点定位技术是一项重要的研究方向。
本文将综述节点定位技术的研究现状和发展趋势。
一、节点定位技术的分类节点定位技术可以分为基于距离测量的位置估计和基于角度测量的位置估计两种。
基于距离测量的定位技术是通过测量节点之间的距离来确定节点的位置,其中包括基于信号强度测量残余能量、到达时间或方位角度以及基于时间差测量等技术。
基于角度测量的定位技术是通过测量节点之间的相对角度来确定节点的位置,其中包括时序优先搜索和方向确定等技术。
1. 环境监测在环境监测中,节点位置信息对于实时监测和预测自然灾害,如洪水、地震、火灾等具有重要意义。
基于高精度的节点定位技术,可以提高环境监测系统的数据传输和分析能力。
2. 军事侦察在军事应用中,节点定位技术可以提供战场敌方和基地内部的位置信息。
从而改善军事情报信息的获取和处理。
同时,它也可以为部队的导航和作战提供基础定位支持。
3. 智能交通在智能交通领域中,节点定位技术可以用于车辆和行人定位,从而提高交通系统的效率和安全性。
例如,为自动驾驶车辆提供信息,定位交通拥堵的区域,优化路线等。
目前,节点定位技术面临着很多的挑战和难点,如基站位置不确定性、节点间的建模和配准、时延和多路径效应等。
为了解决这些问题,研究人员正在开展许多的实验研究,提出新的节点定位算法和优化方案。
1. 基于信号可靠性的节点定位技术在无线传感器网络中,信号强度和路径损耗表明了节点之间的距离或位置关系。
以此为基础,研究人员提出了一种基于信号可靠性的节点定位技术,该技术能够减小信号的变异性,并提高定位的准确度。
无线传感器网络综述文档资料
WSN的特征(续)
☆节点的限制 ※电池能量有限 ※通信能力有限 能量消耗和通信距离关系E正比于d (n).{2<n<4} ※计算和存储能力有限
12
WSN的特征(续)
☆传感器网络的特点:
大规模网络 自组织网络 动态性网络 可靠性网络 应用性相关的网络 以数据为中心的网络
13
WSN的应用
主要内容:
WSN概述 历史以及发展现状 WSN的体系结构 WSN的特征 WSN的应用 WSN的协议 关键技术 1 未来发展机遇展望
WSN概述
无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)系统是当前在国际上备受关 注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的 前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌 入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分 布式信息处理技术等。
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WSN概述(续)
影响力 ☆美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技 术发展报告中将无线传感器网络列为21世纪最 有影响的21项技术和改变世界的10大技术之 一。 ☆传感器网络被列为未来3大高科技产业一。 ☆美国的《技术评论》将无线传感器网络列为 第一项未来新兴技术。 ☆《商业周刊》 预测的未来4大新技术中,无
☆军事上的应用 传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽
性强和高容错性的特点,因此非常适合军事上 的应用。通过飞机或炮弹直接将传感器节点散 播到敌方阵地内部,或者在公共隔离带部署传 感网络,就能隐蔽而且近距离的准确收集战场 信息。 例:传感器网络已经成为美军事C4ISRT系统必 不可少的一部分。
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☆智能家居 家电和家具中嵌入传感器节点,通过无线网络 与Internet连在一起。为人提供人性化的家居 环境。 例:Avaak 提供一个只有1立方英寸大小的自 治产品。这个微型的无线视频平台包含有一节 电池、无线电、摄像相机、(彩色成像器加镜 头)、控制器、天线和温度传感器。(如图 )
无线传感器网络应用综述
无线传感器网络应用综述众所周知,无线传感器网络(WSNs)已成为一种新型的、廉价的传感技术,具有实时性和可便携性等优势,将在以后许多领域中发挥重要作用。
它以分布式的方式收集、处理和传输环境特征信息,在现实斗牛中具有重要战略意义,对改善人们的生活和保护环境等来说也有重要的作用。
本文综述了无线传感器网络的应用,包括它的发展趋势、行业应用情况、技术实现和未来趋势。
首先,无线传感器网络的发展趋势是针对更加可靠的、精确的应用而设计的,诸如实时系统、健康监测和农业监测等。
越来越多的应用软件在不断改进和发展,以提高系统性能。
其次,无线传感器网络在各行业领域得到了普遍应用,如工业自动化、智能家居、军事、建筑环境监测等。
在工业自动化领域,它可以提供实时状态监测、远程控制和数据存储等服务;在智能家居领域,它可以实现电子家居控制、安全管理和环境监测等功能;在军事领域,它可以检测和跟踪武器和干扰等数据;在建筑领域,它可以实现室内外温度监测与控制等。
此外,无线传感器网络还应用在其他领域,如医疗护理和电力运行等。
再次,无线传感器网络的技术实现包括现有传感器技术(如多功能感应器或生物感应器)的发展和改进,以及新型传感器技术的应用。
例如,近年来,二维材料的应用极大地改变了无线传感器网络的发展趋势,使得现代传感器更迷你化、更加高效、更快采集数据,从而提升了系统的监测效率和精准性。
另外,现代传感器技术也可以提供多样化的功能,如能够检测雾霾温度和湿度等数据,使其更灵活、实用。
最后,今后无线传感器网络的发展方向将更多地花费在技术的提升上,如精密制造、可穿戴传感器和大数据的应用等,以更好满足客户需求,提升系统的可靠性和可持续性。
同时,随着技术发展,无线传感器网络更可能集成低功耗、大范围监测等新技术,更有效地实现仪器监测和状态检测等功能。
从上面可以总结出,随着技术的发展和应用,无线传感器网络(WSNs)将有助于与现有系统结合,提高信息共享能力,使智能化和可持续性水平更高,例如环境健康、路况监测、安全战略分析、能源管理等。
物联网中的无线传感器网络技术综述
物联网中的无线传感器网络技术综述随着物联网(Internet of Things, IoT)的快速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)作为支撑物联网的关键技术之一,取得了长足的发展。
本文将对物联网中的无线传感器网络技术进行综述,介绍其基本原理、应用领域以及面临的挑战。
1. 基本原理无线传感器网络是由大量分布式的无线传感器节点组成,节点间可以通过无线通信进行数据交换和协同工作。
节点一般由传感器、微处理器和无线通信模块组成,能够感知环境中的各种物理量并将数据传输至目标位置。
无线传感器网络的数据传输采用无线通信技术,常见的有Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。
节点之间可以通过路由选择算法建立通信路径,实现数据的传输。
2. 应用领域无线传感器网络技术在物联网中有广泛的应用领域。
首先是环境监测领域,可以用于气象、大气污染、土壤湿度等环境参数的监测。
其次是农业领域,可以实现灌溉系统、养殖系统的远程监控和智能化管理。
再者是智能建筑和智能城市领域,通过无线传感器网络可以监控建筑物的温度、湿度、光照等参数,优化能源管理和提高居住舒适度。
此外,无线传感器网络还应用于交通管理、医疗保健、工业控制等领域。
3. 面临的挑战尽管无线传感器网络技术在物联网中有广泛的应用,但仍然面临一些挑战。
首先是能源限制问题,无线传感器节点常常由电池供电,在远程和分布式环境下很难更换电池。
因此如何降低节点功耗,延长网络寿命是一个重要的问题。
其次是网络安全问题,由于传感器网络中的节点数量很大,且分布广泛,容易受到黑客攻击和数据泄露。
因此,设计安全的通信协议和机制是至关重要的。
最后是网络拓扑和数据传输效率问题,如何设计合理的网络拓扑结构和路由算法,提高数据传输的效率和可靠性也是一个研究重点。
为了解决这些挑战,学术界和工业界提出了一系列的解决方案。
首先,研究人员通过优化传感器节点的功耗管理策略,改进了能源利用效率。
物联网中的无线传感器网络技术综述
物联网中的无线传感器网络技术综述无线传感器网络技术(Wireless Sensor Network, WSN)是物联网技术的重要组成部分之一,旨在将传感器和网络技术结合,实现小型节点的低成本、低功耗和高度智能化。
此类网络能够通过自组织方式自发地建立一个联合网络,旨在使物联网的应用更加深入、细致和准确。
本文将综述无线传感器网络技术在物联网中的应用,以及技术特点和发展趋势,为读者全面介绍无线传感器网络技术。
一、无线传感器网络技术概念及原理1.1 无线传感器网络简介传感器是物联网中非常重要的一种设备。
随着物联网技术的不断发展,传感器的应用范围越来越广泛,从工业生产到生活设备及各行各业中几乎无所不在。
然而,由于成本和能耗的限制,传感器的单体能力存在着极大的局限性。
为此,无线传感器网络技术横空出世,这项技术为传感器节点提供了一种联合使用的方式。
通过无线传感器网络技术,传感器节点在网络中进行数据交互和协作,从而实现远程监测和控制等多种应用。
1.2 无线传感器网络原理无线传感器节点由传感器、处理器、通信模块和电源组成。
在传感器网络中,节点彼此组合形成一个联机网络,节点之间之间通过无线方式进行数据交换。
无线传感器网络是典型的分布式系统,每个节点都可以与周围节点通信,通过传输能量和传输信息来完成网络应用。
在无线传感器网络中,传感器节点通过不断的自适应和自学习,定期地收集和分析周围环境的参数,形成一个感知环境的虚拟网络,从而为物联网应用提供有力支撑。
二、无线传感器网络技术的应用领域2.1 工业领域工业领域是典型的无线传感器网络应用领域之一。
在制造业中,无线传感器节点可以扮演重要角色,通过在生产过程中采集和分析数据,改善生产过程,提高生产效率,节省资源成本,加强产品质量控制等,其应用价值非常显著。
例如:在制造过程中,精确定位和测量配套设备的运行状态就可以由传感器节点来完成。
2.2 环境领域环境领域是另一个重要的无线传感器网络应用领域。
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班级011304学号1301120308题目无线传感器网络综述学院通信工程学院专业通信与信息系统学生XX 白小慧前言近年来随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展,作为现代信息获取的重要技术之一,传感器技术而日益成熟,这些小型传感器一般称作sensor node(传感器节点)。
无线传感器网络(wireless Sensor Networks,WSN) 就是由大量的密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统。
由于传感器节点数量众多,部署时只能采用随机投放的方式,例如通过飞机播撒或人工布置的方法,传感器节点的位置不能预先确定;在任意时刻,节点间通过无线信道连接,采用多跳(multi-hop)、对等(peer to peer)通信方式,自组织网络拓扑结构,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被监测对象的信息,并传送给信息获取者;传感器节点间具有很强的协同能力,通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交换来完成全局任务。
WSN技术综合了传感器技术、嵌入式计算技术、网络技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协同的实时监测,感知和采集网络覆盖区域中各种环境或检测对象的信息,并对其进行处理,处理后的信息经过无线方式发送出去,并以自组多跳的网络方式传送给观察者。
无线传感器网络(WSN)是信息科学领域中一个全新的发展方向,同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。
无线传感器网络经历了智能传感器、无线智能传感器、无线传感器网络3个阶段。
智能传感器将计算能力嵌入到传感器中,使得传感器节点不仅具有数据采集能力,而且具有滤波和信息处理能力;无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力,大大延长了传感器的感知触角,降低了传感器的工程实施成本;无线传感器网络则将网络技术引入到无线智能传感器中,使得传感器不再是单个的感知单元,而是能够交换信息、协调控制的有机结合体,实现物与物的互联,把感知触角深入世界各个角落,必将成为下一代互联网的重要组成部分。
第一章无线传感器网络的背景及特点1.1 无线传感器网络的发展背景1996年,美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。
1998年,同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。
在其后的10余年里,WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注,成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理以及机场、大型工业园区的安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术之一。
美国商业周刊将WSN网络列为21世纪最有影响的技术之一。
2005年,美国军方成功测试了由美国Crossbow产品组建的枪声定位系统,为救护、反恐提供有力手段。
美国科学应用国际公司采用无线传感器网络,构筑了一个电子周边防御系统,为美国军方提供军事防御和情报信息。
中国,中科院微系统所主导的团队积极开展基于WSN的电子围栏技术的边境防御系统的研发和试点,已取得了阶段性的成果。
1.2无线传感网络的优势(1)生存能力强WSN密集分布在监测区域的大量传感器节点地位平等,没有严格的控制中心。
每个传感器节点可以随时加入或离开网络,而不会影响整个网络的正常运行。
当某些传感器节点由于环境干扰或人为破坏而不能正常工作时,随机分布的大量传感器节点之间可以协调互补,动态连接成新的网络系统,保证部分传感器节点的损坏不会影响到全局任务。
因此,WSN在恶劣的战场环境下有着很强的生存能力。
(2)精确性和可靠性高由于WSN系统可以在监测区域大量布设低成本的传感器节点,使得传感器节点能够与探测目标近距离地接触,极大地消除了环境噪声对系统性能的影响。
通过多种传感器的混合应用,可以在提高探测性能指标的同时从不同空间视角对监测对象进行监测,而多节点联合和多方位信息的综合能够有效地提高信噪比,形成覆盖面积较大的实时探测区域,从而提高监测准确性,克服卫星和雷达这类独立系统的技术难题。
WSN系统中传感器节点的大规模部署,使WSN通常具有较高的节点冗余、网络链路冗余以及采集数据冗余,为整个系统提供了很强的容错能力。
此外,借助传感器节点中个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构进行调整,可以有效地消除探测区域内的阴影和肓点,进一步降低环境噪声和提高探测的准确性。
(3)自组织能力强WSN是一个节点对等网络,每个节点都具有路由功能,网络中不存在严格的中心控制节点。
其工作的展开不依赖于任何预设的网络基础设施,节点开机后就可以通过自我协调、自动布置,快速、自动地组成一个独立的网络。
(4)可扩展性强WSN是一个动态的网络,网络内的节点随时可能因为种种原因退出或加入网络。
此时,原有的WSN可以有效地容纳或剔除变化的节点,快速形成新的网络并继续原来的丁作,无需外界帮助。
1.3无线传感网络的局限性由低成本、低功耗的微型传感器节点构成的以自组织模式工作的WSN系统也具有一定的局限性:(1)能量的有限性WSN中的传感器节点体积微小,一般依赖能量有限的电池供电。
其特殊的应用领域和大规模的应用数量,决定了使用过程中无法对其进行能量更新,一旦电池耗尽该节点便随即“死亡”。
因此,在WSN设计过程中如何提高能量使用效率和节点生命周期,是需要考虑的首个重要因素。
(2)硬件资源的有限性WSN系统对传感器节点这种需要大规模部署的微型嵌入式系统的要求非常高,包括体积小、价格低、功耗小等。
受这些要求的限制,传感器节点的计算能力、程序空间和内存空间非常有限,同时面向WSN的算法计算设计也要尽可能简单,易于在传感器节点上实现。
(3)通信能力的有限性由于无线通信所需能量与通信距离的n次方成正比,随着通信距离的增加,WSN中传感器节点的能耗将急剧增加。
受能量因素的约束,节点必须在满足通信畅通和生命周期正常的条件下考虑提高通信距离。
同时,受外界地理条件、自然环境等的影响,无线通信性能可能经常变化,会频繁出现通信中断等现象,这也使WSN系统的通信能力受到很大的限制。
1.4无线传感器网络的应用①军事应用。
无线传感器网络的相关研究最早起源于军事领域。
由于其具有可快速部署、自组织、隐蔽性强和高容错性的特点,因此能够实现对敌军地形和兵力布防及装备的侦察、战场的实时监视、定位攻击目标、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测以及搜索等功能。
②环境应用。
WSN可以用于气象和地理研究,自然和人为灾害(如洪水和火灾)的监测,监视农作物灌溉及土壤、空气变更的情况、牲畜和家禽的环境状况,以及大面积的地表检测和跟踪珍稀鸟类、动物和昆虫,进行濒危种群的研究等。
美国的ALERT计划中,研究人员开发了数种传感器来分别监测降雨量、河水水位和土壤水分,并依此预测暴发山洪的可能性。
2002年,美国加州大学伯克利分校Intel实验室和大西洋学院联合,在大鸭岛上部署了用来监测岛XX鸟生活习性的无线传感器网络。
哈佛大学MateWel的研究小组用WSN对活火山Volcan Tungurahua进行观测。
2005年,澳洲的科学家利用传感器网络探测北澳大利亚的蟾蜍分布情况。
挪威科学家利用WSN监测冰河的变化情况,目的在于通过分析冰河环境的变化来推断地球气候的变化。
Intel在俄勒冈州的一个葡萄园内,利用WSN测量葡萄园气候的细微变化。
③医疗应用。
WSN可以用于检测人体的生理数据和健康状况,对医院药品进行管理以及用于远程医疗等医疗领域。
在SSIM项目中,100个微型传感器被植入病人眼中,帮助盲人获得了一定程度的视觉。
科学家还创建了一个“智能医疗之家”,即一个5间房的公寓住宅,使用无线传感器网络来测量居住者的重要生命体征(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况,所搜集的数据被用于开展相应的医疗研究。
哈佛大学的一个研究小组利用无线传感器网络构建了一个医疗监测平台。
④家庭应用。
嵌入家具和家电中的传感器和执行单元组成的无线网络与Internet连接在一起,能够为人们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境。
用户可以方便地对家电进行远程监控,如在下班前遥控家里的电饭锅、微波炉、机、录像机、电脑等家电,按照自己的意愿完成相应的煮饭、烧菜、查收留言、选择电视节目以及下载网络资料等工作。
在家居环境控制方面,将传感器节点放在家庭里不同的房间,可以对各个房问的环境温度进行局部控制。
此外,利用无线传感器网络还可以监测幼儿的早期教育环境,跟踪儿童的活动X围,让研究人员、父母或是老师全面地了解和指导儿童的学习过程。
⑤工业应用。
WSN可以用于车辆的跟踪、机械故障的诊断、工业生产的监控、建筑物状态的监测等。
将WSN和RFID技术融合,是实现智能交通系统的绝好途径。
在一些危险的工作环境,如煤矿、石油钻井、核电厂等,利用无线传感器网络可探测工作现场的一些重要信息。
机械故障诊断方面,Intel公司曾在芯片制造设备上安装过200个传感器节点,用来监控设备的振动情况,并在测量结果超出规定时提供监测报告。
美国贝克特营建集团公司已在伦敦地铁系统中采用了无线传感器网络进行检测。
采用WSN,可以让大楼、桥梁及其他建筑物感知并汇报自身的状态信息。
英国的一家博物馆利用无线传感器网络设计了一个警告系统。
⑥其他应用。
在太空探索方面,WSN可以实现对星球表面长期的监测。
美国国家航空与航天局(NASA)的JPL实验室的Sensor Webs计划,就是为将来的火星探测进行技术准备的。
德国某研究机构正在利用WSN为足球裁判研制一套辅助系统,以降低足球比赛中越位和进球的误判率。
在商务方面,WSN可用于物流和供应链的管理。
WSN在大型工程项目、防X大型灾害方面也有着良好的应用前景,如西气东输、青藏铁路、海啸预警等。
1.5无线传感器网络主要研究内容尽管传感器网络有完善的支撑技术,客观的说它的发展也是非常迅速,然而从很多方面来说,现在的无线传感器网络就如同远在1970 年的因特网,那时因特网仅仅连接了不到200所大学和军事实验室,并且研究者还在试验各种通讯协议和寻址方案。
而现在,大多数传感器网络只连接了不到100个节点,更多的节点以及通讯线路会使其变得十分复杂难缠而无法正常工作。
另外一个原因是单个传感器节点的价格目前还并不低廉,而且电池寿命在最好的情况下也只能维持几个月。
所以无线传感器网络中还存在诸如以下问题:①能量问题。
在多数情况下,传感器网络中的节点都是由电池供电,电池容量有限,使得节点的生存时间也受到限制。
如果网络中节点因为能量耗尽不能工作,则会带来网络拓扑的改变以及路由的重新建立等问题,甚至可能使得网络分成不连通的部分,造成通信的中断。