无线传感器网络
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无线传感器网络范文第1篇
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31534-02
Network Management of Wireless Sensor Networks
DU Jing-lin1,SHI Lan2
(1.Nanjing University of Information Science and Technology Department of Electronic and information Engineering,Nanjing 21004,China;2. Department of Remote sensing,Nanjing 21004,China)
Abstract:Wireless sensor networks are networks consisting of small sensors that are limited in both power and processing. These sensor networks are often used in monitoring applications, such as the environment, structures and animal habitats. Network management is key function in all of networks, including sensor networks. The nature of wireless sensor networks makes networks management a more difficult than that of traditional networks. One main property of network management of sensor networks is topology management. This paper gives a brief background on network management and how it is used into sensor networks. It provides a more detailed look at topology management and some existing topology management algorithms.
Key words:Wireless sensor networks;network management;topology management;Energy conserving
1 概述
无线传感器网路是由许多能量和处理能力有限的传感器节点组成。这种网络能够用在许多不同的应用，包括环境监测、军事应用、结构控制与监测、野生动物习性的监测等。无线传感器网络在这些应用面临着许多挑战，其中最主要的问题是能力消耗问题。传感器网络是典型的无人看护网络，并且紧靠有限电池供电，因此节省能量是部署传感器网络非常关键的问题。
所有类型的网络都需要管理和维护。所有的网络管理都需要一些网络的管理形式，不同类型网络可能强调网络网络管理的不同方面。在网络的管理上通常有以下几种的不同的管理结构：集中式的管理、层次式的管理结构，分布式的管理结构。在集中式管理中，一个中心服务器用来执行网络管理应用角色；在层次式管理中，包括多个管理平台，通常有一个服务器和多个客户端组成网络管理应用；为了实现分布式网络管理功能需要分布式管理体系结构，这种结构也适合无线传感器网络的网络管理，在这种结构中，网络结构利用多个对等平台来共同管理任务。这种结构可以提供更好的扩展性、可用性和可靠性。
2 网络管理
无线传感器网络的网络管理与传统网络的网络管理相似，有着相同的管理任务不同的管理方式。例如，性能管理也包括监测网络保证网络的覆盖与连接。传感器网络中的安全管理非常困难，因为网络的自组织特点，采用无线通信以及资源有限。传感器网络中的管理一个主要目标是自主性，特别是在故障管理和自动配置中十分重要。由于传感器网络是无人看护网络，自主发现错误，自主修复的能力就非常重要；另一个主要问题是，当网络中一个节点实效后，不能影响整个网络的操作，不像传统网络设备出现故障后会影响一些用户甚至整个网络。
在传感器网络中的网络管理有一些新的功能，其中包括拓扑管理、能量管理以及编程管理。节省能量是传感器网络中的一个重要方面。节能可以在网络管理的不同层面和不同方式下进行。其中最通用的办法是当节点空闲关闭电源，现在又许多协议和算法建立都是为了节省能力。例如，为传感器网络开发的特别的MAC协议和路由协议，当传输数据时，高效的节省电池的能量。编程和代码管理是传感器网络中的另一个主要功能。传统的程序升级等功能是通过把节点连接到手提电脑或者PDA等设备上来实现，但是在大规模的网络管理中，这种方式很不显示现实，这就需要当某些节点需要更新程序时，通过网络把有限的数据报通过自组织网络传送过去。目前在程序升级领域也是一个非常活跃的研究方向。在无线传感器网络的网络管理中还有一些主要的思想与传统网络不同。节省能量是传感器网络的主要问题，次之就是如何高效利用带宽。一种方法就是通过提取网络一部分节点的管理信息来实现整个网络的管理。节省能力和有效利用带宽的一个主要办法就是数据聚集。在传感器网络中一个网络节点和其邻居节点都采集数据，通过比较和数据聚集的办法，只传送一个数据信息，消除冗余节点的数据，采用一定的数据收集策略，就可以大大减少数据信息的传送量，起到节省能量和带宽的目的。传统网络管理是集中式的应用，而无线传感器网络是分布式的架构。网络管理不应该就是收集所有节点的数据，然后无线的传送到中心管理节点上，在中更应该采用网内处理办法，采用合适的数据聚集算法，来减少数据传输，减少能量消耗和带宽的开销。
3 网络拓扑结构管理
无线传感器网络的主要问题是节能，而这也正是拓扑管理的主要的目标。拓扑管理的另一个主要目标是拓扑控制，也就是保证网络的连通性。在无线传感器网络中拓扑管理主要有三个方面的想法：拓扑发现、睡眠周期管理和成簇管理方法。根据文献[3]，可知在无线传感器网络中的拓扑管理主要有以下六个特点：1）对称性2）连通性3）生成性4）分散性5）低度性6）低干扰性。
3.1拓扑发现
拓扑发现包括一个基站和整个网络节点网络的拓扑结构和组织。网络中节点之间的物理连接情况或者节点之间的逻辑关系信息传输到管理节点上，用来维护整个传感器网络的拓扑结构图。基站或者管理站点向整个网络发出拓扑发现请求，网络上的节点通过网络将相关信息传送回来。在拓扑发现中主要两种方法，一种方法是采用直接的办法，节点一旦接受请求信息就立即传送包含特定节点信息的响；另一种方法是采用聚集的办法，这种办法中，节点不是立即响应，而是等待其子孙节点将信息传回来后，通过聚集然后将信息会传给初始化节点。
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现有一些对拓扑发现问题的解决方法。例如TopDisc[1]算法使用树结构，树的根节点是网络监测节点，用来发现整个网络的拓扑。当一个拓扑发现的请求被传送出去，节点的邻居集就创建了。TopDisc算法在节点中创建了簇，并且标识簇头节点用来报告整个网络的拓扑结构。这是一个近似于贪心的算法来发现网络的覆盖集，算法的开始是通过监测节点广播一个拓扑发现请求包，然后在整个网络中传播来实现的。TopDisc算法是近似于集中式的工作方式。该算法有一些可能的应用，如其可以用来报告几个网络图，包括网络连通图、网络可达图等，还可以用来产生网络节点的能量分布图以及节点使用分布图。
3.2睡眠周期管理
在无线传感器网络有些协议和算法通过让一些冗余节点周期性的休眠来达到网络节能的目的。这些算法主要是在一定周期内来决定选取哪些节点集进入休眠状态，而当休眠期结束，必须通过一定的机制来唤醒，以使其在下一轮进入工作状态。因此维护传感器网络中节点的睡眠周期是这类算法协议的主要职责。
这种拓扑管理中的一个算法是STEM算法[4，5]，该算法中，节点在大部分时间里用来感知数据，一旦把数据发送出去，就把节点无线发射装置关闭，因为无线通信是最主要的耗能源，等需要有数据时在开始通性设备。通常在这种算法要在传感器节点上装有两个无线通信设备，其中第二个无线设备为低负载装置，主要用来发送唤醒消息。在STEM算法中最主要的问题是延时，当网络中一个节点要通过一个休眠节点将数据发送出去，必须等待其被唤醒才可以实现，带来网络的延迟，而在一些应用中，实时性是非常关键的。
3.3基于簇的管理
在现在有许多基于簇管理的算法用来拓扑管理。这些算法可以根据许多方式进行分类，如：基于位置信息和不基于位置信息的；分布式和集中的；基于节点ID和节点度的。我们通过对于基于簇的拓扑管理算法分析总结，按照一定特点归结为表1。
3.4拓扑管理面临的挑战
传感器网络中的协议和算法的主要设计目标都是节能，这也是拓扑管理算法的目标。通过减少能量的消耗来最大化网络的生命周期。算法的维护开销应该最小化，如果算法中不要求位置信息和时间同步，这将是对能量节省是非常有利的。在实际的应用场景中，移动性是需要的，因此在未来的研究中，能够支持移动性以及由于某些节点实效而要求算法的鲁棒性都是十分必要的。
4 总结与展望
网络管理是所有类型网络中都非常关键的功能。在传统的有线网络中，网络管理是由服务器控制的典型集中式结构，主要包括了网络故障管理、配置管理、安全管理、性能管理以及账户的管理。
无线传感器网络中包括有许多传感器节点，并且受到了电源和能量的制约。网络管理在无线传感器网络是非常关键的，采用分布式的运行方式更为实际。传感器网络中网络管理主要包括了能量管理、编程管理以及拓扑管理。而在拓扑管理中主要可以通过定时让一些节点进入休眠周期来达到节能的目的，通过簇管理算法来实现网络的稳定性与节点。目前已经有了许多相关的算法，未来需要更加鲁棒、更加节能的算法，在该领域还有许多工作亟待解决。
表1 无线传感器网络簇结构算法
参考文献：
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[4]C.Schurgers,V.Tsiatsis,S.Ganeriwal and M.Srivastava, "Optimizing sensor networks in the energy-latency-density design space", IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol.1, January-March 2002.
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无线传感器网络范文第2篇
【关键词】无线传感器网络 特点 应用
一、引言
无线传感器网络是一种新型的传感器网络，其主要是由大量的传感器节点组成，利用无线网络组成一个自动配置的网络系统，并将感知和收集到的信息发给管理部门。目前无线传感器网络在军事、生态环境、医疗和家居方面都有一定应用，未来无线传感器网络的发展前景将是不可估量的。
二、无线传感器网络的特点
（一）节点数量多
在监测区通常都会安置许多传感器节点，并通过分布式处理信息，这样就能够提高监测的准确性，有效获取更加精确的信息，并降低对节点传感器的精度要求[1]。此外，由于节点数量多，因此存在许多冗余节点，这样就能使系统的容错能力较强，并且节点数量多还能够覆盖到更广阔的监测区域，有效减少监测盲区。
（二）动态拓扑
无线传感器网络属于动态网络，其节点并非固定的。当某个节电出现故障或是耗尽电池后，将会退出网络，此外，还可能由于需要而被转移添加到其他的网络当中。
（三）自组织网络
无线传感器的节点位置并不能进行精确预先设定。节点之间的相互位置也无法预知，例如通过使用飞机播散节点或随意放置在无人或危险的区域内。在这种情况下，就要求传感器节点自身能够具有一定的组织能力，能够自动进行相关管理和配置。
（四）多跳路由
无线传感网络中，节点之间的距离通常都在几十到几百米，因此节点只能与其相邻的节点进行直接通信。如果需要与范围外的节点进行通信，就需要经过中间节点进行路由。无线传感网络中的多跳路由并不是专门的路由设备，所有传输工作都是由普通的节点完成的[2]。
（五）以数据为中心
无线传感网络中的节点均利用编号标识。由于节点是随机分布的，因此节点的编号和位置之间并没有联系。用户在查询事件时，只需要将事件报告给网络，并不需要告知节点编号。因此这是一种以数据为中心进行查询、传输的方式。
（六）电源能力局限性
通常都是用电池对节点进行供电，而每个节点的能源都是有限的，因此一旦电池的能量消耗完，就是造成节点无法再进行正常工作。
三、无线传感器网络的应用
（一）环境监测应用
无线传感器可以用于进行气象研究、检测洪水和火灾等，在生态环境监测中具有明显优势。随着我国市场经济的不断发展，生态环境污染问题也越来越严重。我国是一个幅员辽阔、资源丰富的农业大国，因此在进行农业生产时利用无线传感器进行对生产环境变化进行监测能够为农业生产带来许多好处，这对我国市场经济的不断发展有着重要意义[4]。
（二）医疗护理应用
无线传感器网络通过使用互联网络将收集到的信息传送到接受端口，例如一些病人身上会有一些用于监测心率、血压等的传感器节点，这样医生就可以随时了解病人的病情，一旦病人出现问题就能够及时进行临时处理和救治。在医疗领域内传感器已经有了一些成功案例，例如芬兰的技术人员设计出了一种可以穿在身上的无线传感器系统，还有SSIM（Smart Sensors and Integrated Microsystems）等。
（三）智能家居建筑应用
文物保护单位的一个重要工作就是要对具有意义的古老建筑实行保护措施。利用无线传感器网络的节点对古老建筑内的温度是、湿度、关照等进行监测，这样就能够对建筑物进行长期有效的监控。对于一些珍贵文物的保存，对保护地的位置、温度和湿度等提前进行检测，可以提高展览品或文物的保存品质。例如，英国一个博物馆基于无线传感器网络设计了一个警报系统，利用放在温度底部的节点检测灯光、振动等信息，以此来保障文物的安全[5]。
目前我国基础建设处在高速发展期，建设单位对各种建设工程的安全施工监测越来越关注。利用无线传感器网络使建筑能够检测到自身状况并将检测数据发送给管理部门，这样管理部门就能够及时掌握建筑状况并根据优先等级来处理建筑修复工作。
另外，在家具或家电汇中设置无线传感器节点，利用无线网络与互联网络，将家居环境打造成一个更加舒适方便的空间，为人们提供更加人性化和智能化的生活环境。通过实时监测屋内温度、湿度、光照等，对房间内的细微变化进行监测和感知，进而对空调、门窗等进行智能控制，这样就能够为人们提供一个更加舒适的生活环境。
（四）军事应用
无线传感器网络具有低能耗、小体积、高抗毁等特性，且其具有高隐蔽性和高度的自组织能力，这为军事侦察提供有效手段。美国在20世纪90年代就开始在军事研究中应用无线传感器网络。无线传感器网络在恶劣的战场内能够实时监控区域内敌军的装备，并对战场上的状况进行监控，对攻击目标进行定位并能够检测生化武器[3]。
目前无线传感器网络在全球许多国家的军事、研究、工业部门都得到了广泛的关注，尤其受到美国国防部和军事部门的重视，美国基于C4ISR又提出了C4KISR的计划，对战场情报的感知和信息综合能力又提出新的要求，并开设了如NSOF系统等的一系列军事无线传感器网络研究。
五、结语
随着无线传感器网络的研究不断深入和扩展，人们对无线传感器的认识也越来越清晰，然而目前无线传感器网络的在技术上还存在一定问题需要解决，例如存储能力、传输能力、覆盖率等。尽管无线传感器网络还有许多技术问题待解决使得现在无法广泛推广和运用，但相信其未来发展前景不可估量。
参考文献：
[1]肖健，吕爱琴，陈吉忠等.无线传感器网络技术中的关键性问题[J].传感器世界.2011.2（7）
[2]崔莉，鞠海玲等.无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展.2010.42（1）
无线传感器网络范文第3篇
关键词：无线传感器；网络安全；对策研究
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）09-1898-02
目前，无线传感器网络技术已经广泛运用到了人们的生活、工作和学习中，甚至在国防安全方面都有着较大的运用，其重要性就不言而喻了。因此加强无线传感器网络技术的安全是无线传感器网络技术进一步发展的重中之重，特别是在国防军事和科技研究方面，一旦无线传感器网络技术出现安全问题就会对国家和社会带来不可估量的损失。另一方面，无线传感器网络在安全方面的缺陷和外来人员利用无线传感器网络对信息的窃取等都是无线传感器网络技术发展的阻碍。该文就目前的无线传感器网络的安全进行分析，并提出相关的对策。
1 无线传感器网络安全的相关问题
无线传感器网络就是采用许多的小型传感器组成一个网络，便于无线通信。但是由于无线传感器网络本身在安全方面的不足，使得无线传感器网络存在许多的安全问题：
1.1自组织性以及节点组织的随机性
无线传感器网络在实际的运用中就可以发现，它是由大量的小型传感器自组成一个网络，它在整个网络体系的组成过程中并没有实际的组织规范制度，其带有强烈的自发性和随机性。因此，这个无线传感器网络体系在使用中稳定性就得不到保障，安全性更是存在着问题。另一方面，由于整个网络体系在设置时存在着随机性，各个布置的节点就不可能事先固定，也带有自发性，使得整个无线传感器网络体系的安全就得不到保障。
1.2 通信的不可靠性
无线传感器网络在通信通道上存在着大量的不稳定因素。在通过无线传感器网络通信的过程中，多跳路由使得通信信息大大的延迟，信息传递的时间长，而且在传递过程中的安全不能得到保证，很容易在传递过程中被拦截，如果是一些重要信息的传递，那就存在着很大的危害。
1.3 能量的有限性
在无线传感器网络体系中，传感器的使用需要较大的能耗，但是当这些传感器节点在整个网络体系中布置完成后，再想进行节点的替换，其难度就非常大了，而且在这个网络体系中有些无线设备是需要进行充电的，充电的不及时也会影响到整个网络体系的运用，因此开发出低能耗的无线网络设备对无线传感器网络技术的发展至关重要。
1.4 缺乏有效的安全机制
由整个无线传感器网络的建立就可以发现，无线传感器网络体系无论是传感器的节点布置，还是在网络组织安排上都存在着极大的随机性，使得其网络通信带有很大的局限性，这些缺点使现代成熟的网络安全技术不能够在这个网络体系中进行运用。而仅仅在物理方面对这个无线网络体系进行保护并没有实质性的效果，网络通信方面隐患较大，很容易受到其他方面的攻击。
2 破坏无线传感器安全性能的相关因素
目前，我国的无线传感器网络在防御和攻击的方式如下表：
表1 传感器网络攻防手段表
[网络层次＼&防御手段＼&攻击方法＼&物理层＼&模式转换、优先级信息、区域映射、宽频＼&拥塞攻击＼&节点隐藏或者伪装、破坏感知＼&物理破坏＼&网络层＼&冗余路径、探测机制＼&丢弃和贪婪破坏＼&出口过滤、认证、监测机制＼&方向误导攻击＼&加密和逐跳认证机制＼&汇聚节点攻击＼&认证、监测、荣誉机制＼&黑洞攻击＼&链路层＼&设置竞争门限＼&耗尽攻击＼&使用短帧略和非优先级策略＼&非公平竞争＼&纠错码＼&碰撞攻击＼&传输层＼&认证＼&同步破坏攻击＼&客户端谜题＼&泛洪攻击＼&]
该表中的无线传感器网络的攻防手段对无线网络影响较大，在无线传感器网络体系的攻击手段中，拥塞攻击和碰撞攻击两种手段的作用最大。其中，拥塞攻击手段就是无线网络的破坏方获得了破坏对象的网络通信频率后，应用同一频率的无线电波进行干扰无线网络通信，对这种攻击的防御方式就是将网络频率进行更换。碰撞攻击手段就是指网络通信发送通信信息包时，无线网络的破坏方同时发送另一个数据包，使得两个数据信息重叠在一起，获取的信息错乱不堪，影响到无线网络的正常通信，而对其的防御手段就是建立一个合适的监听系统，将外来的数据包进行消除，实现通信的正常进行。此外，还有泛洪攻击，它就是利用特殊的手段对无线传感器的节点进行攻击，耗尽攻击的节点，阻断一些用户的使用。这种网络攻击的解决方式就是采用谜题技术建立一个客户端，保障节点数据在有效的范围内传播使用，可以有效的消除泛洪攻击的影响。
3 无线传感器网络安全技术的对策研究
3.1 密码技术
在无线传感器网络通信的过程中，由于无线传感器的设备布置本身存在着一定的不足，使得现展成熟的网络安全技术不能够在其中进行使用，因此网络安全隐患较大，而密码技术可以有效减小这个安全隐患，对网络安全有着巨大的帮助。在采用密码技术进行保障无线网络信息安全过程中，可以增加密码中代码的长度和复杂度，以增强无线网络信息的保护力度，实现网络通信的安全性。在日常生活中，不对称秘钥和对称秘钥的运用最为广泛，其主要原因就是这种密码技术的保护力度较强，而且在设置上较为简便快捷。
3.2 安全数据融合
无线传感器网络中使用最多的还是数据，传感器节点在收到附近的数据信息后，然后将这些数据传输到汇聚节点，在对数据信息进行整合成为了有效的信息数据后，再将这些数据传输给用户。这种方式提高了数据的有效性，减少了数据在传输过程中的冗余，使得数据传输的负载较小，提高了传输效率，减少了设备的磨损，增加了整个无线网络的使用年限。但是无线网络的攻击对这些信息数据的传输仍是一个危害，因此加强了对数据融合的研究，安全数据融合的目的就是采用随机抽样和交互式证明机制，使得在节点汇聚的数据是真实可靠的，大大增加网络通信数据融合的安全性问题。
3.3 密钥管理技术
密钥管理技术就是在无线网络安全中使用密钥技术的管理，它将处理在其使用期间的一切问题，也是整个加密系统最为关键的一个部分，一旦管理的不到位，很容易造成通信信息的泄露，对无线传感器网络的使用者造成巨大的损失。截止到目前为止，这项密钥管理技术主要对对称密钥技术有效。密钥管理技术的分配模式是概率性和确定性，而密钥模式是预共享和非预共享两种方式
3.4 安全路由技术
在无线传感器网络的使用过程中，虽然各个小型传感器的布置较为随意，但是在布置后不可以随意更换，其网络节点处的设备充电也较为不便，节约能量消耗成为了一个问题。而这个过程中，为了实现节能消耗延长无线网络的使用年限，提出了各种路
由协议便于皆能减耗，但是却忽略了路由中的信息传输安全性问题，增加了在通信中路由受到攻击的可能性。当用户将消息发送出去后，很容易使得破坏方通过泛洪攻击的方式来截取发送的信息，使得网络通信出现障碍。在实际应用中，专业人士提出了多种路由协议，包括 SPINS 协议和多路径路由机制，但是都需要进行改进，最终会实现路由技术的安全性。
4 结束语
无线传感器网络技术具有极大的优越性，它方便快捷，对人们的使用尤其有利，因此其被广泛运用到人们的学习、工作和生活中，同时在国防科技中也有较大的使用。但是由于自身的一些特点，使得无线传感器网络的安全性一直令人担忧。我们要充分重视无线网络的安全性，对影响无线网络安全性的因素要采取强力的防御手段，保证无线传感器网络通信的安全。在对无线网络的安全问题的研究中发现，将密码技术、安全数据融合技术、密钥管理技术以及安全路由技术运用到无线网络中，充分提高其安全性。
参考文献：
[1] 唐慧，胡向东.无线传感器网络安全数据融合算法研究[J].通信技术，2007，40（12）：290-293.
[2] 杨黎斌，慕德俊，蔡晓妍.无线传感器网络入侵检测研究[J].计算机应用研究， 2008，25（11）：3204-3208.
[3] 李敏，殷建平，伍勇安，程杰仁.无线传感器密钥管理方案综述[J].计算机工程与科学，2008，30（12）：27-31.
无线传感器网络范文第4篇
关键词:无线传感器;精准农业监测;无线通讯;自组织网络
中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 06-0000-02
Development&Application of Wireless Sensor Network
Cao Mingyi
(Sichuan Coal Industry Group,Dazhu Group,Telecommunications Branch,Dazhou635000,China)
Abstract:Over the past 10 years,wireless sensor network technology into an application technology has been rapid development.It is the expansion of remote sensing technology.The article focuses on the development of wireless sensor network(WSN),and introduce the technology maturity analysis,also focuses on description of use the precision agriculture areas.At last,wireless sensor network technology in the development of the main challenges and its environmental applications,the focus of future development were reviewed.
Keywords:wireless sensor network;Precision agriculture monitoring;
Wireless communication;Self-organizing network
一、无线传感器网络(WSN)概述
无线传感器网络(WSN)技术是集成了传感器技术、自动控制技术、数据网络传输、储存、处理与分析技术的现代信息技术,是信息科学领域中一个全新的发展方向。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;无线传感器网络由具备记忆能力的存储器、处理器、传感器、无线通讯和电池等硬件组成,它将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。
二、无线传感器网络(WSN)技术原理
无线传感器网络(WSN)的传感器一般与小型计算机和无线发送装置集于一体(节点),可以获得关于观测对象的图像、声音、气味等特性,并进行显示、储存或分析通过网络传输到数据收集中心。它的发展及其广泛应用主要归因于传感器技术的微型化、智能化、廉价性和数据无线传输的可能性。网络传感器节点可实现相互间的网络通讯,指令和数据传输,并自动构建网络拓扑。
图1 无线传感器示意图
图2 无线传感器网络示意图
三、无线传感器网络(WSN)网络应用
WSN网络是面向应用的,其产生和发展一直都与应用相联系。WSN技术在军事领域、精细农业、安全监控等领域的应用得到了充分的肯定和展示。特别是在环境监控和精细农业方面,WSN系统应用最为广泛。美国华盛顿州20世纪80年代在全州铺设了公共农业气象系统网,华盛顿州立大学精准农业系统中心在此基础上,为了升级数据存储和传输技术,开发了2套无线传感器网络。一套是基于AWN200硬件技术的区域无线传感器网络技术,另一套是农田霜冻监测的无线传感器网络技术SS100。每个农业气象节点能够获得太阳辐射、气温、相对湿度、叶子湿度、降雨、风速、风向、土壤温度和湿度。每个节点的能量若能使用交流电就用交流电,否则用太阳能和电池相结合。图3为纽约河口实时水面风场观测与预测图,其中(a)为观测图;图4纽约港口外部定点测量时序数据及预测图。
图 3 纽约河口实时水面风场观测与预测图
图 4 纽约港口外部定点测量时序数据及预测图
四、展望
前面提到,目前无线传感器网络采集的数据主要是温度、湿度等标量数据,对摄像等视觉数据的采集和传输能力均有限。人们已经开始发展视觉传感器网络(VSN)技术。未来5-10年将是无线传感器网络技术大发展的时期,传感器多样化及系统节点微型化方面将会取得长足发展。在传感器技术方面,生物传感器有望成为一个主要的生长点。生物传感器是依靠生物机制对目标污染物或微有机物产生响应的传感器转换装置。现在监测污水中有毒污染物的生物传感器已经实现商业化,其中表面等离子共振反射测量技术的商品化会成为生物传感器发展的重要手段。
参考文献:
[1]AKYILDIZ I F,WANG X.Survey on wireless mesh networks[J].IEEE Communications Magazine,2005,43,23-30
[2]朱红松,赵磊,徐勇军,等.基于精细梯度策略的MCFS多链路协同数据转发协议[J].软件学报,2009,29,6:41-45
无线传感器网络范文第5篇
【关键词】无线传感器网络;通信协议;研究
引言
随着通信技术和嵌入式计算机技术迅速发展，传感器技术也有了一定的发展，无线传感器网络是由大量的成本低、耗能低，并且具备感知能力、计算能力以及无线通信能力的微型传感器节点，通过自组织的方式构成的网络。这些由微型传感器节点构成的传感器网络，能够协作地实时监测或感知网络分布区域内的相关信息，并对这些信息进行处理，从而获得详细而准确的信息，并将其传送给需要信息的用户。无线传感器网络作为一个研究的热点，仍然存在着很多的问题，最重要的就是无线传感器网络通信协议问题，只有设计合适的协议，才能够有效的延长节点和网络的使用寿命。
1.无线传感器网络概况
无线传感器网络是集数据采集、综合处理和通信功能为一体的分布式的自组织网络，集合了传感器、控制器、计算能力以及通信能力于一身的嵌入式设备，具有众多类型的传感器，可以探测包括地震、温度、噪声等周围环境中多样的现象[1]。传感器网络实现了数据的采集、处理以及传播这三种功能，并且和通信技术、计算机技术共同构成信息技术的三大支柱，无线传感器具有网络规模大、自组织、网络动态性以及可靠性等特点[2]。无线传感器网络是一种基于特定应用的系统，对于不同的应用有不同的系统设计，目前实用的无线传感器网络系统比较少，并没有一种统一的标准来定义无线传感器网络的架构，无线传感器网络作为目前信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，网络传感器网络的关键技术有网络拓扑控制、网络协议以及无线通信技术等，一般主要应用于军事、环境监测以及民用等方面，并且引起了各界的广泛关注。
2.无线传感器网络通信协议研究
无线传感器网络自身比较脆弱，容易受到强大攻击点的破坏，由于体积比较小，所带的电磁量也有限，传感器各层通信协议涉及应把节能和性能放在同等的位置，可以给传感器硬件限制加密机制，以保护无线传感器的安全性能。无线传感器网络的安全和一般网络是一样的，都需要解决机密性、完整性以及安全管理等问题，这些安全问题在网络协议的各个层次中都应该充分的考虑，可以进行加密管理或者是身份认证，要加强研究防攻击术，全面保证无线传感器的安全。我们将从物理层协议、数据链路层协议以及传输层协议和应用层协议对无线传感器网络通信协议进行研究。物理层协议研究涉及无线传感器网络采用的传输媒体[3]、频段选择和调制方式，目前主要采用的传输媒体有无线电和红外线等，无线电传输是目前的主流方式，但是需要解决频段选择、节能的编码以及调制算法设计这三个方面的问题，和无线电传输相比，红外线传输不需要复杂的调制和解调机制，接收器电路也比较简单，并且单位传输功耗较小，但是这种传输方式不能够穿透非透明物体，所以智能在一些特殊的DSN系统中使用。
数据链路层协议可以分为拓扑生成和信道接入方式这两种，拓扑生成分为平面结构和层次结构，在平面结构中所有的网络节点都是处于相同的平等地位，是不存在任何等级和层次差异的，所以也可以称为对等式结构，这种结构比较简单，不用进行任何结构的维护工作，也不容易产生瓶颈效应，具有较好的健壮性[4]。层次结构和平面结构是相互对应的，层次结构的拓展性比较好，并且便于管理。信道接入方式有三类，固定分配类和随机竞争类以及混合类。由于DSN自身在通信可靠性方面存在着一定的弱点，导致在实现传输层协议的传输控制时面临着较大的困难，目前对于传输控制主要集中在错误恢复机制，并且对于这方面的研究也比较少，如何在拓扑结构和信道质量动态变化下进行数据传输服务，将成为这一行业研究的重点。
应用层协议和具体的应用场合环境密切相关，在具体的设计中使不可以通用的，也就是说必须要针对具体的应用需求进行设计，但是应用层的主要任务就是获取数据并且进行初步的处理，这是所有场合中应用层的共同点。网络节点实现数据采集计算或着是传输功能，都是需要消耗能量的，如果在短时间内不对产生的数据量进行处理而直接传输，将会造成网络堵塞，建设网络的寿命，也就是说在考虑采用高能效网络通信协议和数据局部处理方法，是难以实现的。
3.结语
无线传感器网络很好的将传感器技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理技术以及无线通信技术综合在一起，并且能够协调实时地进行检测，感知和采集各种所需信息。由于无线传感器网络具有灵活、可扩展和快速部署等特点，在军事、医疗以及环境等领域有较高的应用价值，应该要加强对这一技术的研究，并广泛的应用到实际生活中。
参考文献
[1]陈得民，张威，周浩南，沈唯真.基于MEMS力传感器的智能绑带装置研制[J].自动化与仪表，2014（02）.
[2]赵俊栋，赵炎鑫.无线传感器网络通信体系研究[J].信息通信，2014（01）.
