无线传感器网络研究进展(精)

第9卷第6期2011年12月实验科学与技术

Experiment Science and Technology Vol.9No.6Dec.2011

·计算机及网络技术应用·

收稿日期:2011－04－13;修改日期:2011－08－30

基金项目:中央与地方共建特色优势学科专业实验室项目:

网络通信与无线通信技术实验室。轮询系统理论演进及应用控制协议研究(61072079。

作者简介:丁洪伟(1964－,男,博士,副教授,研究方

向为通信网络工程。

无线传感器网络研究进展

丁洪伟,赵东风,高扬水,赵南山

(云南大学

信息学院,昆明650091

摘要:20世纪90年代以来,随着现代微电子技术、无线通信技术、计算机网络技术的进步以及互联网的迅猛发展,使得具有感知、计算和无线网络通信能力的传感器以及由其构成的无线传感器网络引起了人们的极大关注。传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一,它将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动作用。文中介绍了无线传感器网络的发展历史,组成,体系结构,特征及应用等,并重点介绍了无线传感器网络中的研究热点及关键技术,同时还对其研究现状和发展前景做了介绍。

关键词:无线传感器网络;能量有效性;MAC 协议;自组织中图分类号:TN926文献标志码:A 文章编号:1672－4550(201106－0026－04

Research Progress of Wireless Sensor Network

DING Hong-wei ,ZHAO Dong-feng ,GAO Yang-shui ,ZHAO Nan-shan

(School of Information ,Yunnan University ,Kunming 650091,China

Abstract :Science 1990s ,with the progress of the modern microelectronics technology 、wireless communication technology 、computer

network technology and Internet rapid development ,

the sensors that possess the capability of the perception 、calculation 、wireless net-work communication and the wireless sensor network which is consisted by sensors induce people's great concern．Sensor network is considered one of the most important technologies in the 21st century ,it will bring enormous influence and produce tremendous role in promoting on the people's social life and industrial and industrial revolution．This article describes the development history 、composi-tion 、structure 、character and application of the wireless sensor network ,and focuses on the reach hot and key technologies ,at the same time also introduces reach current situation and development prospect in the wireless sensor network．Key words :wireless sensor network ;power efficiency ;MAC protocol ;ad-hoc

无线传感器网络的研究起源于20世纪70年代,该时期的传感器网络只能捕获单一信号,且传感器节点之间也只能进行简单的点对点通信。随着WSN 技术的不断进步和成熟,WSN 逐渐被广泛应用于许多领域。在这些领域应用中,无线传感器网络解决的关键问题是执行效果和服务质量(QoS 保证

[1]

。为了克服无线传感器网络在应用中遇到

的诸多限制,人们提出了许多优秀的设计方法,其中跨层设计法已被证明是传感器网络最优的设计方法[2]

。在无线传感器网络中,节点携带有限的能量成了网络生存期的瓶颈。多域协作策略是很好解

决该瓶颈的一种方法[3]

。《MIT 技术评论》将WSN 列于10种改变未来世界新兴技术之首。WSN 的发

展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带

来极大的影响,并产生巨大的推动作用。世界各国都对无线传感器网络表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作。我国政府十分关注无线传感器网络的发展,2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术确定了3个前沿方向,其中2个与WSN 的研究直接有关,即智

能感知技术和自组织网络技术[4]

。

1WSN 的特点

WSN 是一种无基础设施的网络,由大量的传感器节点组成。这些传感器节点在高效的MAC 协议和

路由协议控制下组织形成专用无线网络[5]

。传感器节点可对环境的温度、噪声、光强度、压力等物理

量进行采集和处理,获得详细准确的信息。节点通过无线网络将信息送到基站,基站再通过卫星或因

特网将信息送到用户[6]

。WSN 具有以下特点:

(1能量效率。传感器节点必须具有高效率

能量,有限的能量决定了传感器节点的生存期。给第9卷第6期丁洪伟,等:无线传感器网络研究进展成千上万个传感器节点充电是难以实现的,因此每个节点都应具有很高的能量效率[7]。

(2多跳。有的传感器节点可能无法直接和

基站通信,要解决这个问题就是通过多跳通信。(3分布式处理。传感器节点使用滤波器和

数据合并的算法收集从环境中获得的数据,最后将它们转变成信息。

(4网络的拓扑结构动态性强,无线传感器

网络经常有节点失效或新节点加入。因此传感器网络的硬件必须具有高健壮性和容错性[8]。

2WSN节点和体系结构

2.1无线传感器网络节点

传感器节点由传感器模块、处理模块、无线通

信模块和能量供应模块4个部分组成。传感器模块