传感器网络综述
面向物联网的无线传感器网络综述
面向物联网的无线传感器网络综述一、本文概述随着物联网（IoT）技术的快速发展，无线传感器网络（WSN）作为其核心组成部分，正逐渐渗透到我们生活的各个方面。
无线传感器网络通过部署大量的低功耗、低成本、微型化的传感器节点，实现对环境信息的实时感知、传输和处理，从而实现对物理世界的智能感知和控制。
本文旨在对面向物联网的无线传感器网络进行全面的综述，深入探讨其基本原理、关键技术、应用场景以及未来发展趋势。
本文将首先介绍无线传感器网络的基本概念、特点和组成结构，阐述其在物联网中的重要地位和作用。
接着，将重点分析无线传感器网络的关键技术，包括传感器节点的设计、网络拓扑结构、通信协议、能量管理等方面，并探讨这些技术在不同应用场景中的具体应用。
还将对无线传感器网络在智能家居、智慧农业、环境监测、工业自动化等领域的应用案例进行详细介绍，分析其优势和挑战。
本文将展望无线传感器网络未来的发展趋势，探讨其与云计算、边缘计算等前沿技术的融合应用，以及在新兴领域如智能交通、智慧城市等中的潜在应用前景。
通过本文的综述，期望能够为读者提供一个全面、深入的视角，以理解和把握无线传感器网络在物联网领域的发展动态和应用前景。
二、无线传感器网络基础无线传感器网络(WireleSSSensorNetworks,WSNs)是一种由许多在空间上分布的自动装置组成的网络，这些装置通常被称为传感器节点。
每个节点都具备环境监测、数据处理和无线通信的能力，可以协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内各种环境或监测对象的信息、，并将这些信息发送给观察者。
无线传感器网络的基本组成部分包括传感器节点、网关节点和管理节点。
传感器节点负责环境信息的采集和处理，并通过无线通信方式将数据传输给网关节点。
网关节点则负责数据的汇聚和转发，通常具有较强的数据处理和通信能力。
管理节点则负责对整个网络进行管理和控制，包括节点的配置、数据的收集和分析等。
无线传感器网络的关键技术包括无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术和分布式信息处理技术等。
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。
物联网环境中的智能传感器网络技术综述
物联网环境中的智能传感器网络技术综述智能传感器网络技术是物联网环境中的重要组成部分，它将传统的传感器技术与无线通信技术相结合，可以实现对环境中各类数据的感知、采集和传输。
智能传感器网络技术在物联网应用领域有着广泛的应用，如智能家居、智慧城市、工业自动化等领域。
本文将对物联网环境中的智能传感器网络技术进行综述。
一、智能传感器网络技术的基本原理智能传感器网络技术通过将传感器节点互相连接，构成一个网络，实现数据的采集、处理和传输。
传感器节点通常由传感器、微处理器、无线通信模块等组成。
当传感器探测到环境中的数据变化时，通过微处理器进行数据处理，并通过无线通信模块将数据传输到上层网络中。
整个传感器网络可以由基站或网关进行集中管理和控制。
二、智能传感器网络技术的关键技术1. 传感器节点设计：智能传感器网络中的传感器节点通常需要具备低功耗、小型化、多功能等特点。
传感器节点设计涉及到传感器的选择、功耗管理、通信协议等方面的技术问题。
2. 传感器数据采集与处理：传感器节点采集到的数据通常需要进行处理，以提取有用的信息并减少数据传输量。
传感器数据处理技术包括信号处理、数据压缩、数据融合等方面的技术手段。
3. 传感器网络拓扑结构：传感器网络的拓扑结构对网络的性能有着重要的影响。
常见的拓扑结构包括星型、树型、网状等。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
4. 传感器网络路由算法：传感器网络中的节点通常需要通过多跳传输将数据传输到目的地。
传感器网络路由算法的设计可以提高网络的吞吐量、降低能耗，并保证数据的可靠传输。
5. 传感器网络安全与隐私保护：随着物联网应用的普及，传感器网络中的数据安全和隐私保护问题日益重要。
传感器网络安全技术主要包括数据加密、访问控制、身份认证等方面的技术手段。
三、智能传感器网络技术的应用领域1. 智能家居：智能传感器网络技术可以应用于智能家居系统中，实现对家居环境中温度、湿度、空气质量等参数的监测和控制。
传感器网络中的数据融合技术综述
传感器网络中的数据融合技术综述一、引言随着无线通信、传感技术的不断进步，传感器网络技术正在成为当前互联网技术与工业自动化技术的热门领域之一，在环境监测、智能交通、医疗卫生、安全监控、智能家居等领域中有着广泛的应用。
然而，由于传感器网络中数据的大量生成和传输，怎样高效地利用这些数据是一个重要的研究方向，数据融合技术就是在这个领域中起到了重要的作用。
二、传感器网络数据融合技术的概述1.传感器网络中数据融合技术的定义数据融合技术是一种将从不同传感器节点上采集到的原始数据整合、筛选和组合在一起，形成更全面、准确、可信的数据信息的技术。
通过数据融合技术的应用，可以提高数据的可靠性、准确性、全面性和通用性，从而提高传感器网络中数据的价值。
2.传感器网络中数据融合技术的特点数据融合技术的特点主要有以下几个方面：（1）可靠性：数据融合技术可以降低单个传感器节点所采集的数据对整个系统的影响，从而提高数据的可靠性。
（2）准确性：通过对不同传感器节点上采集到的数据进行分析和处理，可以消除数据中的噪声和误差，减少数据的不确定性，提高数据的准确性。
（3）全面性：数据融合技术可以整合不同传感器节点上采集到的数据，使得数据的覆盖范围更广，提高数据的全面性。
（4）通用性：数据融合技术可以使得不同传感器节点所得到的数据具有一定的通用性，从而提高数据的应用范围。
3.传感器网络中数据融合技术的分类根据不同的融合方式和目标，传感器网络中数据融合技术可以分为以下几种类型：（1）低层数据融合：低层数据融合是指对同一传感器节点所采集到的多个数据进行整合和融合，以提高数据的准确性和可靠性。
（2）中层数据融合：中层数据融合是指对同一区域内不同传感器节点所采集到的数据进行整合和融合，以提高数据的全面性和准确性。
（3）高层数据融合：高层数据融合是指对多个区域内的数据进行整合和融合，以提高数据的通用性和应用范围。
4.传感器网络中数据融合技术的应用传感器网络中数据融合技术应用广泛，主要应用在以下几个领域中：（1）环境监测：在环境监测领域中，传感器网络可以采集不同地点、不同特征的数据，利用数据融合技术进行处理和分析，得到更准确、更全面的环境数据信息。
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
无线传感器网络综述
传 感 器
网
络 综 述
万方数据
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成了无线传感器网络的基础层支持平台。目前国内 外已经出现了许多种网络节点的设计，它们在实现 原理上是相似的，只是分别采用了不同的微处理器 或者不同的通信或协议方式。 达数据。 ２．２民用领域的研究进展情况 １９９５年，美国交通部提出了“国家智能交通系 统项目规划”，预计到２０２５年全面投入使用。该计划 试图把先进的信息技术、数据通信技术、传感器技 术、控制技术及计算机处理技术有效地集成运用于 整个地面交通管理，建立一个在大范围内、全方位发 挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系 统。 ２００２年ｌＯ月２４日，美国英特尔公司发布了 图一典型的无线传感器网络的系统结构 １．２无线传感器网络的特点 （１）硬件资源有限口】。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。 （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。 （３）无中心。无线传感器网络中没有严格的控制 中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。 （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。 （５）多跳路由。网络中节点通信距离有限，一般 在几十到几百米范围内，节点只能与它的邻居直接 通信。 （６）动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网 络，节点可以随处移动。 （７）节点数量众多，分布密集。为了对一个区域 执行监测任务，往往有成千上万传感器节点。
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万方数据
的能力。
美国海军最近开展的网状传感器系统ＣＥＣ（ｅｏ．
ｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）是一项革命性的技
术，ＣＥＣ是一个无线网络，其感知数据是原始的雷
万方数据
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。
传感器网络技术发展趋势综述
传感器网络技术发展趋势综述近年来，传感器网络技术在各个领域展现出巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）具有信息采集、数据处理、通信传输等多种功能，以其低成本、低功耗、高可靠性等特点，被广泛应用于环境监测、物流管理、智能城市等领域。
本文将就传感器网络技术的发展趋势进行综述，包括物联网的影响、能源管理的挑战、安全与隐私保护、智能化与自适应等方面。
首先，物联网的迅猛发展对传感器网络技术提出了新的要求和挑战。
随着物联网的兴起，各类设备和物体都可以通过传感器与互联网连接，形成庞大的网络。
传感器网络技术将扮演着连接物理世界和虚拟世界的重要桥梁，实现实时数据的采集和处理，从而控制和管理相应的物理对象。
物联网的发展将极大地推动传感器网络技术的进一步发展和应用。
其次，能源管理是传感器网络技术面临的主要挑战之一。
由于传感器节点通常属于分布式布置，其能源往往由小型电池或者能量收集器供应。
因此，如何延长能源寿命，提高能源利用效率成为传感器网络技术发展的重要方向。
目前，研究人员提出了许多节能的方法，如能量收集、能量传输和能量管理等，以满足传感器节点的能源供应需求。
在传感器网络技术的应用过程中，安全与隐私保护问题也是不容忽视的。
传感器网络中涉及到的数据通常具有敏感性和隐私性，例如个人隐私数据、商业机密等，必须得到保护。
传感器网络的开放性和分布式特性使得其容易受到各种攻击，如数据篡改、身份伪造、节点破坏等。
因此，构建安全可靠的传感器网络系统成为了亟待解决的问题，需要采用加密算法、身份认证、安全传输等措施来保护传感器网络的安全。
智能化和自适应是传感器网络技术发展的趋势之一。
传感器网络中的节点通常部署在非常复杂、动态且不可预测的环境中，传感器节点需要具备自主感知、快速响应和自适应能力。
因此，智能化和自适应的研究成为提高传感器网络性能和可靠性的重要手段之一。
研究人员通过引入机器学习、人工智能等技术，将传感器节点赋予智能决策和自主学习的能力，从而提高传感器网络的智能化水平。
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
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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
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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。
3
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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传感器网络综述摘要: 传感器网络是基于无线通信,数字电子学,微机电系统等的综合技术.本文首先介绍传感网络的概念,特点和技术要求,讨论某些关键技术,包括硬件,通信结构等,此后对其进行分类,最后列出应用和系统.关键词：传感器网络1 引言现代的技术进展已经创造出低价格,低功率,多功能微型传感设备,可以组成分布于广大区域,包括上千个传感器的网络.经过对数据的收集,处理,分析,传感器网络可以在任何时间,任何地点获取信息,从而成为智能化环境的一部分.在广泛的应用领域,传感器网络革新了传感功能.这是因为其可靠性,精确性,灵活性,性价比,以及便于使用. 智能传感器检测和收集的数据,可能涉及机器故障,地震,洪水,以及恐怖袭击的征兆.传感器网络的功能有:收集信息,处理信息,监控环境,可以用于军事或民用.构成传感器网络的传感器节点的硬件结构包括5部分:传感器,处理器,存储器,电源,和收发器.它们感觉,计算,影响现实环境,工作过程无需人工干预,可以自组织形成具有自治功能的网络,适应各类应用.下面介绍一些术语.：(1.) 传感器(sensor):传感器网络中的一个节点.它是实现对于环境现象的物理传感,并经过无线通信报告测量值的装置.它一般包括5部分:传感器件,存储器,电池,嵌入式处理器,收发器.(2.) 观察器(observer):即终端用户.它经过传感器网络传播得到环境现象信息,对网络提出查询,接受对查询的回答.网络中可能存在多观察器.(3.) 现象(phenomenon):被观察的对象,传感器网络对其物理参数进行测量,传输,并可能对产生的信号进行分析或滤波.2 传感器网络的特点和设计要求2.1 传感器网络的特点传感器网络由大量分布的传感器节点组成.节点装有嵌入式传感器,彼此间互相合作,其位置不必预先确定,协议和算法支持自组织.传感器网络与一般移动网络的区别如下.1. 传感器网络节点数比一般移动网络大几个数量级.如此巨大的数量,使传感器网络可以比单个传感器更详尽,精确地报告运动物体的速度,方向,大小等属性.2. 传感器网络节点通常密集分布.密集的基础设施使传感器网络更加有效,可以提供更高的精度,具有更大的可用能量.但是如果组织不当,密集的传感器网络可能导致大量冲突和网络拥塞,这会增加延迟,降低能量效率,造成数据过度采集.3. 传感器网络易出故障.需要安排冗余节点提高可靠性,或者随时加入新节点代替故障节点,保证传感器网络持续精确地工作.4. 传感器网络在能量,计算量和存储量方面比一般移动网络所受限制要大得多,很多节点的电源不能更换或充电,于是电源寿命就决定节点寿命.5. 传感器网络拓扑经常变化.有故障和断电的节点失效,加入新节点,节点的移动,都会改变网络拓扑.由于许多节点无法更换和修理,网络就必须能够自组织和自节构,以保持持续工作以及动态响应变化的网络环境.6. 传感器网络通信的主要方式是广播而不是点对点通信.7. 为了减少开销,传感器网络没有全局标识码ID.8. 节点往往是移动的.这与一般移动网络相同.9. 传感器网络经常需要决定采用局部处理还是综合处理,以减少数据的冗余传输;还要使某些传感器节点,具有簇领导的功能,可以通过某些计算(如均值,求和,求极值等)进行数据融合,然后广播综合的新信息,以减少网络拥塞.10. 传感器网络具有查询能力.传感器网络中有数据中心的和地址中心两类编址.数据中心编址,查询送到网络的特定区域,地址中心编址,查询送到单个节点.2.2 传感器网络的设计要求.1. 容错(Fault tolerance)传感器网络的节点难免出故障或电池耗尽,然而单个节点的问题不能影响全局,即要有容错能力.网络的可靠性或容错能力,在战场环境下,容错能力尤为重要,因为传感器容易被破坏,而获取数据的能力又要求非常可靠.2. 可扩展性(Scalability)传感器网络的节点数量多,密度大.密度为.其中N是区域A的节点数,R是发射半径.例如,机器诊断中密度约5×5平方米300个节点;车辆跟踪中每个区域10个节点;住宅监测中每个区域25到100个节点;人体监测用几百个节点.3. 延迟(Latence)观察器应该在给定延迟内得到现象信息.延迟的精确含义与应用有关.4. 精度(Accuracy)得到精确的信息是观察器的基本目标,精度要求是由应用确定的.实际应用中必须在精度,延迟,能量效率之间做出折衷.网络结构应该具有自适应能力,使得应用可以最小能量消耗得到要求的精度和延迟.5. 成本(Production costs)单个传感器的价格必须很低，还要考虑定位,移动,电源等部件.6. 硬件限制(Hardware constraints)传感器节点有4部分:传感器(感应器件和模数转换器),处理器(处理器和存储器),收发器,电源.还可能有定位和移动部件. 硬件要求:体积小于1立方厘米,重量轻,耗能少,密度高,价格低,自动操作,适应环境,最好能从环境得到能量,如太阳能.已有的产品,7. 网络拓扑(Sensor network topology)传感器网络包含大量节点,节点密度可达每立方米20个.多数节点无法维修,这就对网络的拓扑维护提出了挑战.拓扑维护有三个阶段. 布署阶段.传感节点可以成批投入或一一投入.可以由飞机,火箭,弹射器投放(战场,危险环境);在工厂安放(在产品上)及由人工安放(在现场).初始应用的方式应该做到:尽量降低安装代价;不需预先组合和规划;充分考虑布局灵活性满足能自组织和容错的要求. 运行阶段.投入运行后,传感器网络的拓扑会适应节点的位置,可达性(因阻塞,噪声,障碍),能源,故障,任务细节变化而变化. 重用阶段.当相当数量的节点失效时,可增加新节点替代故障节点,重组网络.对于有大量节点和严格能量限制的传感器网络,为了拓扑变化,需要特殊的路由协议.8. 环境(Environment)传感节点密集分布,彼此接近,有时部署在观察对象内部.工作场合可以为:路口(噪声),发动器内部(极热),北极(极冷),海底(高压),龙卷风场内部,生成龙卷风的海面,生物或化学污染区,敌方战区(危险),家庭或建筑内,大仓库内,动物身上,车辆上,水流中等.9. 传输介质(Transmission media)无线传输的介质有无线电,红外和光.传感网络的使用条件使得介质选择很困难.如:海洋应用需要信号在水中传输,而只有长波无线电可以穿透水面;在战场应用环境下通常有很大的电磁干扰,而为了隐蔽天线高度和发射功率都受到很大限制,因此误码率会增加.如此等等,不一而足.10. 能量消耗(Power consumption )如果传感器节点是由电池供电的,网络协议必须是节能导向的,以尽可能延长系统寿命.系统寿命既可以用普通参数,如节点死亡时间之半衡量,也可以用面向应用的准则,例如在网络停止工作时提供的信息衡量. 传感节点的电源有限,通常小于0.5 安培小时(Ah),而且很多情况下不能充电或更换电池,因此节点寿命往往取决于电池寿命.节点是数据源,也是路由器.几个节点的故障就可能改变网络拓扑,要求重新路由和进行网络重组,所以网络协议和路由算法必须充分考虑电源的保持和管理.而在其它移动网络中,由于电源可更换,电源效率不那么关键,网络协议更侧重服务质量. 节点的功耗分三部分:传感,计算,通信.传感功率与应用要求有关,零星传感比固定监测省电,复杂的任务会加大能耗;通信能耗则会因噪声而增加.在三部分中通信能耗往往远远大于其余两部分.3 传感器网络的关键技术传感器网络的关键技术首先是功能部件,包括处理单元,电源,通信单元.其次是重要问题的解决方案,包括能源及其管理,定位,仿真技术等3.1 处理单元处理单元技术可以有三种选择:微控制器,微处理器,FPGA.FPGA有一定的缺点:功耗较大;此外FPGA没有C编译. 微控制器不仅有存储和处理,还有永久存储和接口,3.2 电源传感器节点可能从环境取得能量,如光,震动,电磁波.电池分为可充电的和不可充电的.按电化材料分,有NiCd(镍铬),NiZn(镍锌),AgZn(银锌), NiMh(镍氢),Lithium-Ion(锂离子).不可充电电池的能量密度大.可充电电池中,锂电池好,但价格高.脉冲充电时,锂电池差,镍铬电池好.镍氢电池对环境最好,能量密度仅次于锂电池, 且可任意充电无记忆效果,但需要过充过放保护.3.3 通信单元常用的有三种信道:1. 光通信优点:花费能量少,安全,无需天线.缺点:节点间必须满足视线无遮挡,对空气条件敏感,通信必须定向.智能微尘(Smart Dust)即采用光作为通信介质,2. 红外通信红外通信优点是:无需天线,无须申请频谱,不受电器设备干扰.红外收发器简单,便宜.PDA和无线电话提供红外通信接口.缺点是要求发射器和接收器间视线无遮挡,传输必须定向,传输距离短.3. 无线电通信无线电传输可以用ISM(工业,科学,医学)频带,其中某些部分已经用于无绳电话和无限局域网(WLAN).由于传感网络对尺寸,价格,功耗的限制,以及天线效率和功耗的折衷,使得频率只能选择在超高频(UHF)频段.在欧洲推荐用433 MHz ISM频带,在北美推荐用915 MHz ISM频带.ISM频带使用自由,频带宽,便于实现节能.很多传感网络硬件基于RF(无线电频率)电路.无线电通信的优点为,市场成熟,使用方便.影响能耗的因素有调制制式,应用方式,数据速率,发射功率.为有效管理能源,无线通信一般设置四种工作模式:发射,接收,空闲,休眠.无线通信的技术关键有:调制有三种调制方式:OOK,ASK,FSK.OOK是ASK的特例,常用于传输控制信号,具有简单,便宜,节能(发0时空闲)的优点.FSK在存在干扰时性能好,但更复杂更昂贵.ASK抗干扰好于OOK,比FSK简单便宜.OOK和ASK需要有自调整阈值或自动增益控制(AGC),FSK则不需要. 唤醒传感器网络通信的一个难点是设计唤醒.低功率无线电可以接收简单的通信,特别是判定信号是否是所要求的.若是就开通主通道,接收实际消息.传感网络不能完全切断无线电信道,那样就无法检测外部事件,所以需要设计极低功耗通道唤醒.3.4 能量消耗传感器网络节点能源有限,所以能耗管理是最重要的.为延长网络寿命,在设计和运行中要从节点的四个子系统充分考虑:1. 微处理器(微控制器单元,MCU)子系统,功能是控制传感,执行通信协议,有几种工作模式.处理的功耗小于通信.尽量采用局部处理.由于价格和尺寸限制,节点一般采用CMOS技术.CMOS晶体管对在开关时消耗功率正比于开关频率,器件开关电容和电压幅度的平方.减小电源电压可以有效减少功耗.操作电压和频率可以针对当时要求调节.2. 通信子系统,由短程无线电与邻点和外界通信.工作有发射,接收,空闲,睡眠四种模式. 通信的能耗最大,涉及发射和接收.对低无线功率(~0 dbm)的短程传输,发射和接收的能耗接近.在数据包减小时,启动能耗比重成了大头.频繁开关也会增加耗能.3. 传感子系统,应尽量采用低能耗元件.4. 能源子系统,即电池.减小电流或经常断电,可增加寿命.应该检查电池发出的能量.长时间流出大电流会使得电池暂时失效,即使过后会恢复工作..3.5 定位传感网络中节点位置并非事先设定,定位就是获取节点的空间位置坐标信息.一个途径是利用GPS,但是仅适于室外,接收器昂贵,不适于小型便宜的节点,不适于有障碍物遮挡的环境.当前多采用递归的三边测量和多边测量.在一个途径中,网络将节点组织成层次结构体系,上层是已知位置的(由GPS或其他方法定位)节点,周期发出位置信息作为标杆.未定位的节点利用标杆发出的位置信息和信号强度,相位等参数计算自己的位置.并非所有节点都需要访问标杆,可以用上述方法定位的非上层节点为标杆,完成递归的多边测量,然而这可能导致误差积累. 多数定位算法利用三角测量.在平面上,已知到三个点的距离,就能通过三个圆的交点,确定自己的位置.在三维空间则需要求四个球面的交点.利用标杆定位时,重要的是初始标杆的数目,标杆太少,递归层次就多.定位的两个关键环节是:1. 定位技术定位技术可分为细粒度的(基于计时/信号强度)和粗粒度的(基于接近参考点).细粒度的例子是:计时(节点到参考点的距离是由信号传输时间确定),信号强度(衰减正比于距离),信号模式匹配(在工作区预先扫描信号,发射的信号匹配预先构造的数据库中的信号),方向性(用参考点相对移动点的角度确定位置).2. 标杆/节点安放技术标杆安放技术可以分为:均匀标杆安放和很密集标杆安放.但是均匀安放不能保证视线无遮挡,密集安放则会使成本和耗能大幅增加,所以需要对安放进行优化.一种做法是基于试验调整的逐步安放.通过逐渐增加标杆来调整而不是完全重做;由局部测量结果决定如何增加而不是离线全面分析.有三个方法选择位置:一,随机选择;二,最大法:将网络覆盖区域分成小方块,对每个方块的角计算定位误差,把标杆加于定位误差最大的点.这个方法的效果受到传播效果和随机噪声影响;三,网格法:计算每个网格的累积定位误差,把标杆加到累积定位误差最大的网格的中心自主应用算法中,节点在未知环境中实现自主应用,目标是使得网络覆盖面最大,节点保持与其它点的通信线.算法假设所有节点相同,环境静态,节点位置已知.算法有四个阶段:初始化,选择,分配,执行.选择阶段,根据已用节点占有网格确定合适的应用位置.每个网格可以有空闲,占用,未知三种状态,由贝叶斯技术确定占用的概率,用可达网格确定是否一个网格可达,由自由和未知空间的边界确定下一个应用位置.节点应覆盖未知空间最大区域.分配阶段,分配目标给等待的节点.当已用节点阻挡路径,就用等待节点替代这个位置,移动阻挡节点到新位置.执行阶段,激活的节点直接用于目标位置.3.6 仿真仿真技术对于传感器网络的设计和部署有极大帮助.下面介绍几个传感网络仿真器:1. NS-2是面向对象的,离散事件驱动的网络环境模拟器.编程用C++和OTCL10 .因为提供了面向对象的环境,增加新模块十分容易,还可以支持能量模型.2. GloMoSim是全局移动信息系统仿真器,适用于无线和有线网络系统,编程用C和Parsec,可进行并行离散事件仿真,支持无线网络的协议.3. SensorSim是传感网络的仿真框架,是NS的扩展.它提供:传感通道,传感模型,电池模型,无线传感器的轻便协议,场景生成,混合仿真.4 传感器网络通信结构传感器节点通常散布在传感区域中.节点收集数据,路由数据到汇聚点(sink),再到最终用户.汇聚点经过因特网或卫星与任务管理节点通信.协议层次包括:应用层,传输层,网络层,数据链接层,物理层.应用层是根据任务构建的应用软件.传输层维护数据流.网络层关注数据路由.链接层的MAC协议应了解能量消耗,这是为了减小与邻点广播的冲突.物理层需要简单可靠的调制,发射,接收技术.传感器网络的通信系统可以按照功能划分为三个平面:能量管理平面,移动管理平面,任务管理平面.能量管理平面管理节点如何利用能源.移动管理平面监测和注册节点的移动,维持到用户的路由.节点可能跟踪它的邻节点.任务管理平面平衡和调度在给定区域的传感任务,根据能量水平决定哪些节点执行传感任务.4.1 物理层物理层的功能是频率选择,载频生成,信号检测,调制,数据加密,并且比较延迟,散布,遮挡,反射,绕射,多路径和衰减等信道参数,为路由及重构提供依据,物理层设计中减小能耗最重要.4.2 数据链层数据链层的功能:数据流选通,数据帧检测,介质访问,错误控制以确保可靠的点到点,或点到多点连接.在传感器网络中链路层非常重要的部分就是MAC,通过它要实现两个目标:产生网络基础结构和节点间有效地均匀共享通信资源.传感器网络不能直接采用现有MAC协议,如蓝牙和MANET,因为现有MAC协议是QoS和带宽效率导向,而传感器网络有其特殊性和独特要求:节点数目众多,发射功率和发射范围小,网络拓扑多变.4.3 网络层传感器网络的特点是节点密集分散,彼此接近或在观测对象内部,能源供给受到很大限制. 因此传感器网络的网络层设计原则应注意以下方面:能量效率是重要因素;传感器网络多数是以数据中心的;只有当不妨害节点间协同时数据融合才有用;理想的传感器网络应该采用基于属性的编址和基于位置信息的控制.能量效率导向的路由方法有如下几种:最大可用能量(PA)路由,最小消耗能量(ME)路由,最小跳步(MH)路由和最大最小可用能量(PA)路由.数据中心路由中,通过传播关注点给传感节点分配传感任务.传播关注点有两个途径:其一是汇聚点广播,其二是传感节点广播可提供数据的公告,并等待需求节点的申请.数据中心路由要求基于属性的命名,查询现象的属性,不是查询单个节点为了节约数据传输,传感器网络普遍采用了数据融合.数据融合,是在数据中心路由过程中, 克服数据爆炸和重叠的技术.数据爆炸就是反复把复制的消息送到同一节点,使得数据过载;数据重叠就是如果两个以上节点在共同观察区,会同时传感同一激励,造成相同信息的冗余传输.这二者都会造成网络能源的大量无谓消耗.网络层另一个功能是与外部网络,如其它传感网络,命令和控制系统,因特网等互联.有些情形下,汇聚点可以用作到其他网络的网关;另一些情形下,汇聚点可以连接在一起,形成骨架.这个骨架经网关访问其他网络.4.4 传输层当系统需要访问因特网或其他外部网时传输层特别重要.TCP20协议及其现有的传输窗机制十分适合于传感器网络极为严酷的环境.像TCP分隔这样的方法在传感网与其他网络(例如互联网)交互时可能会十分有用.在这种方法里,TCP链接终止于汇聚点,汇聚点和其他节点的通信则用一个专门的传输层协议处理.4.5 应用层这方面的工作方兴未艾,这里只介绍三个有希望的应用层协议:传感器管理协议(SMP21);任务分配和数据公告协议(TADAP22);传感器查询和数据传播协议(SQDDP23).1. 传感器管理协议(SMP) 主要目的是使底层软硬件对于传感器网络管理透明.它提供软件操作,实现下列管理任务:引进数据融合,基于属性命名和节点分簇有关的规则;交换有关定位的数据;节点的时间同步;移动节点;节点接通和切断;查询网络配置和节点状态,重构网络;数据通信中的身份鉴别,密钥分配,安全保障.2. 任务分配和数据公告协议(TADAP)为用户软件提供高效界面,以进行消息传播,从而为路由之类的底层运行提供方便.传感器查询和数据传播协议(SQDDP) 为用户应用程序提供界面,以支持查询,对查询的响应,收集回答.5 传感器网络的分类5.1 传感器网络结构传感器网络是测量和传递观察信息的工具,网络的组织如下.1. 基础结构包括传感器及其部署状况.基础结构取决于传感器属性2. 网络协议功能是产生路径,实现传感器和观察器的通信.3 应用/观察器是向网络发出查询的主体,这些查询可能是静态的或动态的.网络可能合成询5.2 通信模型传感器网络有很多方式实现精度和延迟要求,设计良好的网络可以在满足这些要求的同时优化能量利用并实现容错.经过系统研究通信模式,网络设计者能够选择基础结构和通信协议,提供性能,鲁邦性,效率,和应用价格的最好组合.在传感器网络中有应用和基础结构两类通信.网络协议必须同时支持两类通信.应用通信关系到传感数据的传输,目的是把观察数据通知观察器.应用通信中有合作和非合作两个模型.在合作的传感模型中,传感器和其他传感器通信,获得观察器的消息.这个通信超出路由的中继功能.非合作传感器没有信息传播的协作.基础结构通信涉及到需要布局,维护,优化的通信.这类基础结构通信,受到应用关注点的影响,.重要的是通信最小化,且确保网络支持有效通信.在传感器网络中,基础结构通信的初始阶段是建立网络.此外,如果传感器是能量约束的,就会有附加的通信用于重构.类似,如果传感器是移动的或观察器的要求是关注点动态的,则会有附加的通信用于路径发现或重构.例如在分簇协议中,基础结构通信需要形成分簇和选择簇首领.在移动或故障条件下,通信必须重复.应用通信的优化借助于最小速率测量.在给定传感器能力和传感器与观察器间路径质量后,这个速率应满足精度和延迟要求.基础结构通信由网络协议产生,响应应用需求或事件.基础结构通信可以减少应用传输,优化网络操作.5.3 数据提交模型观察器的关注点是根据现象确定的,允许观察器不关注传感网络的基础结构和协议.查询是作为一个或多个特定的底层的关注点传感器网络可以根据应用(观察器)关注点要求的数据提交分类如下:连续的,事件驱动的,观察器启动的,混合的.这些模型管理应用传输的生成.在连续模型中,传感器以预定的速率连续传输数据.对连续传输数据的静态网络,分簇是最有效的.对动态传感网络,根据移动程度,分簇也可能有用.在事件驱动数据模型中,仅当发生关注点的事件时,传感器才报告信息.这时,观察器仅关心特定现象或一组现象的发生.在观察器启动(或要求-回答)模型中,传感器仅报告观察器要求的结果(直接要求或经过其他传感器间接要求).在混合模型中,三个途径共存在一个模型中.至此仅从应用观点讨论了数据提交.不是传感器和观察器间的数据包流,这是服从网络协议的路由问题.对于任何上述模型,路由协议可以分类为:洪泛的(基于广播的),单射的,多射的/其他.用洪泛的途径,传感器广播信息到其邻点,邻点再广播,直到达到观察器.这个途径承担很高的额外负担,但是能应付网络拓扑的动态变化.可以用数据融合技术减少广播的额外负担.传感器也可以直接通信到观察器(经过多跳路由协议),或到簇首领(由一到一单射).在多发射途径,传感器形成针对应用的组,利用多发射在组成员间通信.观察器可以和组的任何成员通信,得到要求的数据.洪泛或广播的主要优点是,缺乏复杂的网络层协议,用于路由,地址,位置管理.现有的传感网络多数依靠这类途径.来自应用的数据提交模型和网络协议用的路由模型之间的交互,显著影响网络的性能.考虑传感网络用于入侵检测.这时,数据提交模型是事件驱动的,事件是入侵者进入该区域.如果网络层路由模型是基于洪泛的,则物理位置相同的传感器同时作为入侵者,并试图向观察器发数据.在邻居中的这些共存通信彼此竞争利用通信介质,从而引起:①可能丢失关键信息;②延迟报告事件.5.4 网络动态模型传感器网络形成现象和观察器间的路径.传感器网络协议的目标是在动态条件下产生和维护这个路径(或多个路径),同时满足低能量,低延迟,高精度,容错的应用要求.多观察器可以作为一个观察器的多个实例.也可能给多观察器提供更复杂的协议,联合有关的关注点,并优化通信.建立信息传播路径的问题,类似于特定网络中的路由问题.但是也存在某些区别.①传感器一般不是单独编址,关注点是在一组传感器中,这些传感器在对主动观察器的关注点有贡献的位置.传感器可以由传感器属性编址(如它的能力),或由现象编址.观察器的关注点和一组传感器之间的映射,受到网络动态和应用的影响.②沿着路径的节点,在信息传播和处理中可以起主动作用.由此考虑,传感器网络类似于主动网络,特定网络是传统的被动网络. 存在几个途径构造和维护观察器和现象间的路径.根据网络动态分类为:静态传感网络和移动传感网络.将关注移动的,因为它是动态条件的通常来源,其他来源有传感器故障和观察器关注点的变化.1. 静态传感网络静态传感网络中,互相通信的传感器,观察器和现象不运动.例如分散的温度传感器.于是可。