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無線感測器網路協議

發布時間:2022-11-30 14:11:09

① 無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路的特點及關鍵技術

無線感測器網路被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一,是目前計算機網路、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面我為大家搜索整理了關於無線感測器網路的特點及關鍵技術,歡迎參考閱讀!

一、無線感測器網路的特點

與其他類型的無線網路相比,感測器網路有著鮮明的特徵。其主要特點可以歸納如下:

(一)感測器節點能量有限。當前感測器通常由內置的電池提供能量,由於體積受限,因而其攜帶的能量非常有限。如何使感測器節點有限的能量得到高效的利用,延長網路生存周期,這是感測器網路面臨的首要挑戰。

(二)通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為E=kdn。其中,參數n的取值為2≤n≤4,n的取值與許多因素有關。但是不管n具體的取值,n的取值范圍一旦確定,就表明,無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此,在滿足網路連通性的要求下,應盡量採用多跳通信,減少單跳通信的距離。通常,感測器節點的通信范圍在100m內。

(三)計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求,感測器節點往往體積小;另一方面出於成本控制的目的`,節點的價格低廉。這些因素限制了節點的硬體資源,從而影響到它的計算、存儲和通信能力。

(四)節點數量多,密度高,覆蓋面積廣。為了能夠全面准確的監測目標,往往會將成千上萬的感測器節點部署在地理面積很大的區域內,而且節點密度會比較大,甚至在一些小范圍內採用密集部署的方式。這樣的部署方式,可以讓網路獲得全面的數據,提高信息的可靠性和准確性。

(五)自組織。感測器網路部署的區域往往沒有基礎設施,需要依靠感測器節點協同工作,以自組織的方式進行網路的配置和管理。

(六)拓撲結構動態變化。感測器網路的拓撲結構通常是動態變化的,例如部分節點故障或電量耗盡退出網路,有新的節點被部署並加入網路,為節約能量節點在工作和休眠狀態間進行切換,周圍環境的改變造成了無線通信鏈路的變化,以及感測器節點的移動等都會導致感測器網路拓撲結構發生變化。

(七)感知數據量巨大。感測器網路節點部署范圍大、數量多,且網路中的每個感測器通常都產生較大的流式數據並具有實時性,因此網路中往往存在數量巨大的實時數據流。受感測器節點計算、存儲和帶寬等資源的限制,需要有效的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數據流進行處理。

(八)以數據為中心。對於感測器網路的用戶而言,他們感興趣的是獲取關於特定監測目標的真實可靠的數據。在使用感測器網路時,用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網路,而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節點。感測器網路中的查詢、感知、傳輸都是以數據為中心展開的。

(九)感測器節點容易失效。由於感測器網路應用環境的特殊性以及能量等資源受限的原因,感測器節點失效(如電池能量耗盡等)的概率遠大於傳統無線網路節點。因此,需要研究如何提高數據的生存能力、增強網路的健壯性和容錯性以保證部分感測器節點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外,對於部署在事故和自然災害易發區域的無線感測器網路,還需要進一步研究當事故和災害導致大部分感測器節點失效時如何最大限度地將網路中的數據保存下來,以提供給災害救援和事故原因分析等使用。

二、關鍵技術

無線感測器網路作為當今信息領域的研究熱點,設計多學科交叉的研究領域,有非常多的關鍵技術有待研究和發現,下面列舉若干。

(一)網路拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結構,能夠提高路由協議和MAC協議的效率,可為數據融合、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎,有利於節省能量,延長網路生存周期。所以拓撲控制是無線感測器網路研究的核心技術之一。目前,拓撲控制主要研究的問題是在滿足網路連通度的前提下,通過功率控制或骨幹網節點的選擇,剔除節點之間不必要的通信鏈路,生成一個高效的數據轉發網路拓撲結構。

(二)介質訪問控制(MAC)協議。在無線感測器網路中,MAC協議決定無線信道的使用方式,在感測器節點之間分配有限的無線通信資源,用來構建感測器網路系統的底層基礎結構。MAC協議處於感測器網路協議的底層部分,對感測器網路的性能有較大影響,是保證無線感測器網路高效通信的關鍵網路協議之一。感測器網路的強大功能是由眾多節點協作實現的。多點通信在局部范圍需要MAC協議協調其間的無線信道分配,在整個網路范圍內需要路由協議選擇通信路徑。

在設計MAC協議時,需要著重考慮以下幾個方面:

(1)節省能量。感測器網路的節點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量,能量有限。

(2)可擴展性。無線感測器網路的拓撲結構具有動態性。所以MAC協議也應具有可擴展性,以適應這種動態變化的拓撲結構。

(3)網路效率。網路效率包括網路的公平性、實時性、網路吞吐量以及帶寬利用率等。

(三)路由協議。感測器網路路由協議的主要任務是在感測器節點和Sink節點之間建立路由以可靠地傳遞數據。由於感測器網路與具體應用之間存在較高的相關性,要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協議是困難的,因而人們研究並提出了許多路由方案。

(四)定位技術。位置信息是感測器節點採集數據中不可或缺的一部分,沒有位置信息的監測消息可能毫無意義。節點定位是確定感測器的每個節點的相對位置或絕對位置。節點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性,魯棒性,能量高效和分布式計算等要求。

(五)數據融合。感測器網路為了有效的節省能量,可以在感測器節點收集數據的過程中,利用本地計算和存儲能力將數據進行融合,取出冗餘信息,從而達到節省能量的目的。

(六)安全技術。安全問題是無線感測器網路的重要問題。由於採用的是無線傳輸信道,網路存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時,網路的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。

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② 無線感測器網路中,研究MAC協議,提出自適應占空比比機制

在無線感測器網路中,每個節點處於偵聽和睡眠的周期循環中。
占空比最早由S-MAC協議引入,意思為:占空比=偵聽時間/整幀持續時間。
降低占空比意為:降低偵聽時間,增大睡眠時間,從而降低能量消耗。
增加占空比意為:增加偵聽時間,大部分情況下可以降低網路延遲,以及加快數據的收集。
自適應占空比意為:節點可以根據網路的情況(如網路流量負載,事件發生概率大小等)自動調整占空比大小,從而提高網路性能。

③ 無線感測器網路中有哪些訪問控制協議

無線產品支持MODBUS協議、WINXL協議,透明傳輸,也可以根據用戶要求開發其它的通信協議。

④ 無線感測網路協議包括哪三種方式

ZIGBEE協議。最適合感測器網路的無線通信技術。相應的就是ZIGBEE協議,實現是ZIGBEE協議棧。
此外無線通信技術還有WIFI,藍牙,GPRS等

⑤ 協議相比,無線感測器網路的路由協議具有哪些特點

與傳統網路的路由協議相比,無線感測器網路的路由協議具有以下特點:
(1)能量優先
由於節點的能量有限,因此需要考慮節點的能量消耗以及網路能量均衡使用的問題。
(2)基於局部拓撲信息
節點只能獲取局部拓撲信息且資源有限,需要實現簡單高效的路由機制。
(3)以數據為中心
感測器網路通常包含多個感測器節點到少數匯聚節點的數據流,按照對感知數據的需求、數據通信模式和流向等,以數據為中心形成信息的轉發路徑。
(4)應用相關
感測器網路的應用環境千差萬別,需要針對每一個具體應用的需求,設計與之適應的特定路由機制。
根據無線感測器網路路由的特點,現階段WSN路由協議設計要遵從如下原則:
(1)能量利用率優先考慮
無線感測器網路路由協議以節能為目標,採用各種方式減少通信消耗,延長WSN的生存時間。
(2)數據為中心
以數據為中心的路由協議要求採用基於屬性的命名機制,某個節點的故障並不會影響整個協議的運行,提高了網路的強健性。
(3)不影響感測器節點探測精度條件下的數據聚合
通過數據聚合,將多個節點的數據綜合成有意義的信息,提高了感知信息的准確性,同時增強了系統的強健性。
(4)實現節點定位和目標追蹤
通過節點定位,達到路由決策的目的,同時降低整個系統的能量消耗,提高系統的生存時間。

⑥ 無線感測器網路MAC協議有哪些基本分類

目前,由於研究人員針對不同的無線感測器網路應用,沒有採用統一的MAC協議分類方式,但是大體依據標准分為三種,一種是基於競爭的MAC層協議:無線信道隨機競爭接入方式(CSMA),節點需要發送數據時採用隨機方式使用無線信道,典型的如採用載波監聽多路訪問(CSMA)的MAC協議,需要注意隱藏終端和暴露終端問題,盡量減少節點間的干擾。一種是基於固定分配的MAC層協議:無線信道時分復用無競爭接入方式(TDMA),採用時分復用(TDMA)方式給每個節點分配了一個固定的無線信道使用時段,可以有效避免節點間的干擾。還有就是前兩者混合的MAC協議:無線信道時分/頻分/碼分等混合復用接入方式(TDMA/FDMA/CDMA) ,通過混合採用時分和頻分或碼分等復用方式,實現節點間的無沖突信道分配策略。
這是我畢業設計弄的,您要是有更多的資料我們可以繼續交流下

⑦ 無線感測器網路路由協議有哪些基本分類

我知道的有MODBUS RTU協議,WSNXL協議(信立協議),其餘的沒什麼了解,可以到網路中找找

⑧ 無線感測器網路常見通信協議標準是什麼

無線感測器網路主要由三大部分組成,包括節點、感測網路和用戶這3部分。其中,節點一般是通過一定方式將節點覆蓋在一定的范圍,整個范圍按照一定要求能夠滿足監測的范圍;感測網路是最主要的部分,它是將所有的節點信息通過固定的渠道進行收集,然後對這些節點信息進行一定的分析計算,將分析後的結果匯總到一個基站,最後通過衛星通信傳輸到指定的用戶端,從而實現無線感測的要求

⑨ 無線感測器網路的訪問控制協議有哪些

HTTP協議肯定有。

感測器網路用來感知客觀物理世界,獲取物理世界的信息量。客觀世界的物理量多種多樣,不可窮盡。不同的感測器網路應用關心不同的物理量,因此對感測器的應用系統也有多種多樣的要求。
無線感測器網路
不同的應用對感測器網路的要求不同,其硬體平台、軟體系統和網路協議必然會有很大差別。所以感測器網路不能像網際網路一樣,有統一的通信協議平台。對於不同的感測器網路應用雖然存在一些共性問題,但在開發感測器網路應用中,更關心感測器網路的差異。只有讓系統更貼近應用,才能做出最高效的目標系統。針對每一個具體應用來研究感測器網路技術,這是感測器網路設計不同於傳統網路的顯著特徵。
無線感測網路有著許多不同的應用。在工業界和商業界中,它用於監測數據,而如果使用有線感測器,則成本較高且實現起來困難。無線感測器可以長期放置在荒蕪的地區,用於監測環境變數,而不需要將他們重新充電再放回去。

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