传感器网络基本概念

定义：

传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）。

所谓传感器网络是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。传感网络的节点间距离很短，一般采用多跳（multi-hop）的无线通信方式进行通信。传感器网络可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到Internet，使用户可以远程访问。

原理：

传感器网络的每个节点除配备了一个或多个传感器之外，还装备了一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源（通常为电池）。单个传感器节点的尺寸大到一个鞋盒，小到一粒尘埃。传感器节点的成本也是不定的，从几百美元到几美分，这取决于传感器网络的规模以及单个传感器节点所需的复杂度。传感器节点尺寸与复杂度的限制决定了能量、存储、计算速度与频宽的受限。在计算机科学领域，传感器网络是一个研究热点，每年都会召开很多的研讨会和国际会议。

数据融合技术包括对运用各种信息获取技术所取得的各种信息的采集、传输、综合、提

取、相关及合成，达到对资源、环境、经济、社会，尤其是突发事件应急管理管理目的的调查、监督、诊断和辅助决策的技术系统。

主要目标是从种类繁多的海量数据中，提取对特定目标的有用的、精准的信息。数据融合技术在多信息、多平台和多用户系统中起着重要的处理和协调作用，保证了数据处理系统各单元与汇集中心或融合中心间的连通性与实时、准时性通信，并能提供准确的目标物位置、变化方向、变化趋势，及变化量的准确信息，这是和传统的平台的不同之处。它具有多种信息的收集、综合、提取、分析及准确传输的能力，包括将准确的信息，在准确的时间内，传输给准确的地点和准确的人

数据融合技术的核心是利用高性能信息处理与计算技术，将来自多个传感器或多源的观测信息进行分析、综合处理，从而获得决策所需的信息的现代高技术。

数据融合的基本原理：充分利用多种传感器资源及其获得的数据，通过对各种传感器

及人工观测信息的合理综合与分析，并将各种传感器在空间、时间和波谱频谱等物理特征上的互补性与冗余信息依据的某种优化准则或算法组合起来，产生对观测对象的一致性解译和描述，其目标是基于各种传感器检测信息和人工观测信息的优化组合和分析来导出更多有用信息的现代技术系统。

数据融合可以分为以下三种基本内型：

1、像素融合，它是在直接来自采集到的原始数据层上进行的融合，对各种传感器获得的数据进行集合，是低层次的融合。

2、特征层融合，它先对来自各种传感器的数据进行特征提取，然后再进行将特征信息进行集成，实现了数据的压缩，减少了工作量。它又可分为分布式的融合和集中式的融合两个基本类型，还可以划分为目标状态融合和目标特性融合两个类。是中间层次的融合。

3、决策层融合：是通过不同类型的传感器观测同一个目标或地区，每一个传感器在本地完成基本处理和特征提取、识别，然后将结果通过网络传输到融合中心，进一步将不同地区、

分中心的同一对象的结果进行关联处理和融合，最后完成决策层的融合，是最高层次的融合。

数据聚合是无线传感器网络中一种重要的节能技术，其原理是：数据流从源节点沿着某

一路由路径（即聚合树）到达汇聚节点，路由路径中的路由节点（即簇头）对其子节点所发过来的数据提供聚合功能"这样就可以减少网络中发送数据量，减少无线节点的收发次数，从而能够有效节省传感器网络节点的能量数据聚合的功效可以用准确度和延迟时间衡量"准确度是聚合后的数据值与真实值之间的偏差"延迟时间是簇头从得到数据后到聚合数据所用的时间

LEACH该算法基本思想是：以循环的方式随机选择蔟首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。仿真表明，与一般的平面多跳路由协议和静态分层算法相比，LEACH协议可以将网络生命周期延长15%。

LEACH在运行过程中不断的循环执行蔟的重构过程，每个蔟重构过程可以用回合的概念来描述。每个回合可以分成两个阶段：蔟的建立阶段和传输数据的稳定阶段。为了节省资源开销，稳定阶段的持续时间要大于建立阶段的持续时间。蔟的建立过程可分成4个阶段：蔟首节点的选择、蔟首节点的广播、蔟首节点的建立和调度机制的生成。

无线传感器网络的MAC协议主要负责保证可靠的点对点和点对多点通信。

在感知区域内,成千上万的节点随机分布,MAC协议要在各节点之间建立链

路,保证所有的节点可以公平、有效的利用有限的带宽资源。MAC协议的设

计是高效利用传感器节点能源的关键之一。设计的中心思想是通过减少潜在的

能量消耗,提高能量利用率的方式以达到延长无线传感器网络使用寿命的目的。

由于无线传感器网络自身的特点及限制,传统无线网络的MAC协议无法

满足无线传感器网络的要求。当前对无线传感器网络MAC协议的研究成为了

一个非常活跃的研究领域,研究者们已经新提出了很多的有建设性的方案。学

习现有基于竞争和调度的无线传感器网络MAC协议,对它们进行比较分析,

找出它们各自的优缺点及适用范围,对今后无线传感器网络MAC协议的改进

工作以及无线传感器网络的研究和应用都具有重要的学术和商业价值。