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無線感測網路環境

發布時間:2023-02-02 22:13:44

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 無線感測器網路節點硬體的模塊化設計

無線感測器網路節點硬體的模塊化設計

隨著人們對於環境監測要求的不斷提高,無線感測器網路技術以其投資成本低、架設方便、可靠性高的性能優勢得到了比較廣泛的應用。由於無線感測器網路節點需要實現採集、處理、通信等多個功能,因此硬體上採用模塊化設計可以大大提高網路節點的穩定性和安全性。那麼下面我就來討論一下無線感測器網路節點硬體的模塊化設計。

1 CC2430晶元簡介

CC2430是一款工作在2.4 GHz免費頻段上,支持IEEE 802.15.4標準的無線收發晶元。該晶元具有很高的集成度,體積小功耗低。單個晶元上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。CC2430擁有1個8位MCU(8051),8 KB的RAM,32 KB、64 KB或128 KB的Flash,還包含模擬數字轉換器(ADC),4個定時器(Timer),AESl28協處理器,看門狗定時器(Watchdog-timer),32.768 kHz晶振的休眠模式定時器,上電復位電路(Power-on-Reset),掉電檢測電(Brown-out-Detection),以及21個可編程I/O介面。

CC2430晶元採用0.18μm CMOS工藝生產,工作時的電流損耗為27 mA;在接收和發射模式下,電流損耗分別為26.7 mA和26.9 mA;休眠時電流為O.5 μA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性,特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。

2 無線感測器網路系統結構

整個無線感測器網路由若干採集節點、1個匯聚節點、1個中轉器、1個上位機控制中心組成,系統結構如圖1所示。無線感測器網路採集節點完成數據採集、預處理和通信工作;匯聚節點負責網路的發起和維護,收集並上傳數據,將中轉器下發的命令通告採集節點;中轉器負責上傳收集到的數據並將控制中心發出的命令信息傳遞給匯聚節點;控制中心負責處理最終上傳數據,並且可以由用戶下達網路的操作命令。

採集節點和匯聚節點由CC2430作為控制核心,採集節點可採集並傳遞數據,匯聚節點負責收集所有採集節點採集到的數據。中轉器採用ARM處理器作為控制核心,和匯聚節點採用串口通信,以GPRS通信方式和上位機控制中心進行交互。上位機控制中心實現人機交互,可以處理、顯示上傳的數據並且可以直接由客戶下達網路動作執行命令。

3 節點模塊化設計

匯聚節點和採集節點在硬體配置上基本相同,採用模塊化設計使得設計通用性更好。

每個節點主要由控制模塊、無線模塊、採集模塊、電源模塊4部分構成。

3.1 控制模塊

控制模塊主要由CC2430及其外圍電路構成,完成對採集數據的處理、存儲以及收發工作,並對電源模塊進行管理。晶元CC2430包括21個可編程I/0口,其中8路A/D介面,可滿足多路感測器的採集、處理需求。CC2430自帶了一個復位介面,外接一個復位按鍵可以實現硬體初始化系統。32 MHz晶振提供系統時鍾,32.768 kHz晶振供系統休眠時使用。

節點選用晶元FM25L256作為存儲設備,這是一款256 Kb鐵電存儲器,其SPI介面頻率高達25 MHz,低功耗運行以及10年的數據保持力保證了節點數據存儲的低成本以及可靠性。

3.2 無線模塊

無線模塊負責節點間數據和命令的傳輸,因此,合理設計無線模塊是節點穩定、高效通信的重要保證。

TI公司提供了一個適用於CC2430的微帶巴倫電路,這個設計把無線電RF引腳差分信號的阻抗轉換為單端50 Ω。由於該電路直接影響節點的通信質量,在使用前必須對其進行模擬驗證。設計中選用ADS模擬軟體進行模擬,採用了版圖和原理圖的聯合模擬方法。模擬電路圖如圖5所示,微帶電路為TI提供的微帶巴倫電路,分立元件均選自村田公司元件庫內的模型,嚴格保證了模擬數據的`真實性和可靠性。巴倫電路在工作頻段內(2.400~2.4835 GHz)信號傳輸特性高效、穩定。

3.3 採集模塊

採集模塊負責採集數據並調理數據信號。本設計中,監測的是土壤的溫度和濕度數據,採用的感測器是PTWD-3A型土壤溫度感測器以及TDR-3型土壤水分感測器。

PTWD-3A型土壤溫度感測器採用精密鉑電阻作為感應部件,其阻值隨溫度變化而變化。為了准確地進行測量,採用四線法測量電阻原理,將電阻信號調理成CC2430晶元A/D通道能采樣的電壓信號。由P354運算放大器、高精度精密貼片電阻以及2.5 V電源構成10 mA恆流源。10 mA的電流環流經感測器電阻R1、R2將電阻信號轉換成為電壓信號,由差分放大器LT1991一倍增益將信號轉換為單端輸出送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。

TDR-3型土壤水分感測器輸出信號即為電壓信號。感測器輸出信號通過P354運算放大器送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。

3.4 電源模塊

電源模塊負責調理電壓、分配能量,分為充電管理模塊、雙電源切換管理模塊、電壓轉換模塊3個模塊。本設計中採用額定電壓12 V、電容量3 Ah的鉛酸電池供電。

作為環境監測的無線感測器網路應用,節點需要在野外無人看守的情況下進行工作,能量補給是系統持續工作的重要保證。本設計採用太陽能電池板為節點在野外工作時進行電能的補給,充電管理模塊則是根據日照情況以及電池能量狀態對鉛酸電池進行合理、有效的充電。光電耦合器TLP521-100和場效應管Q共同構成了充電模塊的開關電路,可以由CC2430晶元的I/0口很方便地進行控制。

在太陽能電池板對電池充電時,電池不能對系統進行供電,因此設計中採用了雙電源供電方式,保持“一充一供”的工作狀態,雙電源切換管理模塊負責電源的安全、快速切換。如圖10所示,採用了兩個開關電路對兩塊電源進行切換。

在電源進行切換時,總是先打開處於閑置狀態的電源,再關閉正在為系統供電的電源,因此會在一段短暫的時間內同時有兩個電源對系統供電,這是為了防止系統出現掉電情況。

電源模塊需提供5 V、3.3 V、2.5 V等多組電源以滿足節點各模塊的供能需求。由於系統電源組較多,電壓轉換模塊採用了開關型降壓穩壓器以及低壓差線性穩壓器等多種電壓轉換晶元來對電源進行電壓轉換,同時要確保電源模塊供能的高效性。

結語

節點的設計對整個無線感測器網路系統至關重要。本設計採用了功能強大的射頻晶元CC2430作為核心管理晶元,能較好地完成數據採集、分析、傳輸等多個功能。硬體的模塊化設計大大加強了節點的穩定性、可靠性和通用性,在野外無人值守的情況下無線感測器網路系統可以長期、穩定地進行環境方面的監測。

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③ 無線感測器網路支持哪些通訊方式,包括哪些設備,可應用在哪些環境

無線感測器網路支持GPRS,433MHZ,2.4GHZ,WI-FI等無線傳輸方式。像深圳-信立無線感測器,智能網關,智能環境監測裝置,智能測控裝置,智能轉換器都屬於無線感測器網路設備,主要應用在各種管網管道管溝、氣象、農業大棚、養殖場、倉儲館藏、冷藏冰櫃、實驗室、機房、生產車間等環境的溫度實時採集、無線傳輸、現場或遠程監測和預警。

④ 無線感測器網路節能方法

李佳

19011210599

【嵌牛導讀】無線感測器網路是由大量感測器構成的網路,每個感測器節點的能量都是由電池提供,由於感測器節點體積小功能全所以電池體積小容量小的特點使得每個感測器節點的能量都是有限使得感測器網路的生命周期受限。而感測器網路生命周期太短會帶來很多的不方便,因為無線感測器網路大多部署在偏遠地區以及環境條件極其惡劣的地方,電池能量供應有限,人員不可達等都限制其廣泛部署。

【嵌牛鼻子】分簇    生命周期     節點剩餘能量     簇頭

【嵌牛提問】如何有效減小通信過程中的能耗

【嵌牛正文】 分簇是作為減小有用耗能的理想的方法能夠能夠有效減少無線通信次數減少擁塞,而選擇簇頭的方法能夠均衡能效,在源頭進行數據聚合壓縮可以減少數據發送量,由於無線通信是無線感測器網路中最耗能的原因,所以用簇頭來傳遞數據能夠節約大量的能量,而且分簇的方法對於網路的擴展性也有很大改善,一旦網路需要擴展都是直接成簇擴展而不用考慮新加入的網路節點會破壞網路本來的結構,也就是分簇以後網路的穩健性也得到了很大的提升。

【分簇技術】

1、雙簇頭法:在節點同構時雖然初始能量一樣,但是由於硬體原因或者外界因素不能保證每個節點上的能耗是一樣的,所以有的簇頭可能由於硬體或者外界因素而導致能量消耗過快而失效,則該簇內節點感知到的數據將會無處可傳,那麼這部分數據就會不能傳遞到基站,在節點異夠能量的時候也會存在這樣的問題,當只有一個簇頭的時候,只要該簇頭失效,則網路生命周期便大打折扣,建立主副簇頭的方法能夠有效改善單簇頭引起的能量空洞問題

2、根據權重選擇簇頭 :距離權重和能量權重的加和,離匯聚節點遠的節點能量相對較多以減少因長距離通信引起的網路失聯。

3、根據節點剩餘能量分簇:總是能夠在剩餘節點中找到能量最大的節點作為簇頭,因為簇頭在通信過程中的大能耗問題使得這樣的方法得到更廣泛的應用。

【 分簇協議 】 

LEACH  LEACH-C  SEP    HEED    DEEC    DDEEC   等一些更加先進的技術 。

無線感測器網路的節能問題並未得到根本性的改善,節能的工作任重道遠。

⑤ 無線感測器網路與互聯網的區別主要體現在哪些方面

無線感測器網路與互聯網的區別主要體現在包含層次和識別方式上的不同

無線感測器網路(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式感測網路,它的末梢是可以感知和檢查外部世界的感測器。WSN中的感測器通過無線方式通信,因此網路設置靈活,設備位置可以隨時更改,還可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。

互聯網是利用局部網路或互聯網等通信技術把感測器、控制器、機器、人員和物等通過新的方式聯在一起,形成人與物、物與物相聯,實現信息化、遠程管理控制和智能化的網路。

無線感測器網路(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式感測網路,由大量的靜止或移動的感測器以自組織和多跳的方式構成的無線網路。

以協作地感知、採集、處理和傳輸網路覆蓋地理區域內被感知對象的信息,並最終把這些信息發送給網路的所有者。感測器、感知對象和觀察者構成了無線感測器網路的三個要素。

無線感測器網路所具有的眾多類型的感測器,可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、雜訊、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環境中多種多樣的現象。

⑥ 無線感測器網路中多sink節點優化部署方法

無線感測器網路中多sink節點優化部署方法——劉強,毛玉明等

        大規模無線感測器網路(WSN)環境下,當網路結構採用單一的sink節點時,容易造成sink節點周圍的普通感測節點因為轉發大量其他節點的數據,迅速消耗摔自身能量而使網路失效。為了延長網路壽命,需要降低感測節點到sink節點的跳數,而採用多sink結構是一個有效的方法。為此,需要考慮一定規模的網路中,應該布置多少sink節點,才能使得網路壽命最大化的同時網路成本最低。基於柵格網路結構,提出了多sink節點下的網路壽命模型和網路成本模型,並採用一種新穎的方法計算最大網路壽命成本比(RLC),推導出了保證網路壽命最大化的同時網路成本最低的sink節點個數的表達式。

        無線感測器網路(Wireless Sensor Network,WSN)的應用已經越來越普及,但仍然有很多問題需要解決。在大規模無線感測器網路環境下,當網路中採用單一sink節點時,由於普通感測節點距離sink較遠,會通過多跳方式將感測信息送給sink節點,sink周圍節點不得不轉發大量普通節點的數據,消耗大量能鼉。因此這些節點會最先消耗完能量而死亡。當sink節點周圍的普通節點都死亡,其他節點就無法將數據送到sink節點上去,導致網路失效。

        為了延長網路壽命,需要減少普通節點到sink節點的跳數,在網路中布置多個sink節點,是一種有效的方法。然而與普通感測器節點的小功耗、低成本不同,sink節點要進行復雜的數據處理,通常是高能耗、造價昂貴的節點。因此在網路中布置這些sink節點存在成本問題。
        網路會呈現出這樣的特性:當向網路中增加少量sink節點時,能有效降低普通節點到sink的平均跳數,網路壽命會有很大提高;當放置更多的sink節點時,對網路平均跳數的降低效果越來越小,網路壽命的增長也越來越緩慢。當sink節點數增加到一定數目時,所有節點到sink節點的跳數均為一跳時,再增加sink節點個數,網路壽命則不再增加。而隨著sink個數的增加,網路成本會大幅增加。因此應該存在一個最佳的sink節點數目,使得網路壽命和網路成本之間有一個平衡的最優效果。

        採用網路壽命與網路成本的比值——網路壽命成本比(Ratio of Lifetime to Cost,RLC)來衡量這個效果。換句話說,應該存在一個確定的sink節點數目n,使得網路壽命與網路成本的比值最大。為方便研究,本文採用柵格網路結構,並在sink節點均勻分布的前提下進行研究。

        將網路中的節點分為3種:sink節點、關鍵節點和普通節點。sink節點是感測信息的最終目的地,多個sink節點均勻地分布在網路中。sink節點周圍的一跳節點稱為關鍵節點,所有發向sink節點的數據信息都需要通過關鍵節點來轉發。sink節點增多,關鍵節點的個數也相應增多。普通節點為距sink一跳以外的其他感測節點,它們只能通過多跳的方式將數據發給sink節點。
        顯然,網路的壽命取決於關鍵節點的壽命。若這些關鍵節點全部死亡,其他感測節點的信息就無法傳到sink節點(只要有一個關鍵節點存活,數據就可以傳到sink節點),則網路壽命結束。
        各個關鍵節點的死亡時間是不一樣的,但在現實當中第一個關鍵節點與最後一個關鍵節點死亡的時間相差不會太大。因為當有關鍵節點先死亡後,它所擔負轉發的節點會由剩餘存活關鍵節點承擔。因此,剩餘關鍵節點的負擔增加,會加速它們的死亡。為避免關鍵節點之間死亡時間不一致給分析帶來的復雜性,可以假設關鍵節點均勻分擔所有普通節點的轉發任務,所有關鍵節點消耗均等的能量,最終同時死亡。
        有如下假設:
1.網路結構為柵格結構;
2.多個sink節點在網路中均勻分布,關鍵節點無重合;
3.所有關鍵節點死亡時間一致。

圖2顯示了不同網路代價下的RLC曲線。相應的參數如下:N=81,Ne=8。實際應用中,發送能耗略大於接收能耗,但都在一個數量級上,差別不大,此處收發能耗設為相等不影響結果的正確性。圖中CR表示sink節點的成本與普通節點成本的比值。可以看到,該曲線是一個關於n的凸函數,因此一定存在最大值RLC所對應的n值,該值即為最佳的sink節點個數。隨著CR的增加,RLC值變小,最大值n也向左移變小,說明網路成本增加時,網路中部署的sink節點應減少。

        此文從無線感測器網路中關鍵節點的角度建立了網路壽命模型,並提出一個新穎的確定最優sink節點個數的方法。該方法通過求解網路壽命成本比RLC的最大值,確定最佳sink節點個數,從而在延長網路壽命的同時使網路成本最小。
        模擬結果進一步證明了理論分析的正確性。此後可研究隨機分布的無線感測器網路下的sink節點個數與網路壽命、成本之間的關系。

⑦ 無線感測器網路的特點與應用

無線感測器網路是一種新型的感測器網路,其主要是由大量的感測器節點組成,利用無線網路組成一個自動配置的網路系統,並將感知和收集到的信息發給管理部門。目前無線感測器網路在軍事、生態環境、醫療和家居方面都有一定應用,未來無線感測器網路的發展前景將是不可估量的。

一、無線感測器網路的特點

(一)節點數量多

在監測區通常都會安置許多感測器節點,並通過分布式處理信息,這樣就能夠提高監測的准確性,有效獲取更加精確的信息,並降低對節點感測器的精度要求。此外,由於節點數量多,因此存在許多冗餘節點,這樣就能使系統的容錯能力較強,並且節點數量多還能夠覆蓋到更廣闊的監測區域,有效減少監測盲區。

(二)動態拓撲

無線感測器網路屬於動態網路,其節點並非固定的。當某個節電出現故障或是耗盡電池後,將會退出網路,此外,還可能由於需要而被轉移添加到其他的網路當中。

(三)自組織網路

無線感測器的節點位置並不能進行精確預先設定。節點之間的相互位置也無法預知,例如通過使用飛機播散節點或隨意放置在無人或危險的區域內。在這種情況下,就要求感測器節點自身能夠具有一定的組織能力,能夠自動進行相關管理和配置。

(四)多跳路由

無線感測網路中,節點之間的距離通常都在幾十到幾百米,因此節點只能與其相鄰的節點進行直接通信。如果需要與范圍外的節點進行通信,就需要經過中間節點進行路由。無線感測網路中的多跳路由並不是專門的路由設備,所有傳輸工作都是由普通的節點完成的。

(五)以數據為中心

無線感測網路中的節點均利用編號標識。由於節點是隨機分布的,因此節點的編號和位置之間並沒有聯系。用戶在查詢事件時,只需要將事件報告給網路,並不需要告知節點編號。因此這是一種以數據為中心進行查詢、傳輸的方式。

(六)電源能力局限性

通常都是用電池對節點進行供電,而每個節點的能源都是有限的,因此一旦電池的能量消耗完,就是造成節點無法再進行正常工作。

二、無線感測器網路的應用

(一)環境監測應用

無線感測器可以用於進行氣象研究、檢測洪水和火災等,在生態環境監測中具有明顯優勢。隨著我國市場經濟的不斷發展,生態環境污染問題也越來越嚴重。我國是一個幅員遼闊、資源豐富的農業大國,因此在進行農業生產時利用無線感測器進行對生產環境變化進行監測能夠為農業生產帶來許多好處,這對我國市場經濟的'不斷發展有著重要意義。

(二)醫療護理應用

無線感測器網路通過使用互聯網路將收集到的信息傳送到接受埠,例如一些病人身上會有一些用於監測心率、血壓等的感測器節點,這樣醫生就可以隨時了解病人的病情,一旦病人出現問題就能夠及時進行臨時處理和救治。在醫療領域內感測器已經有了一些成功案例,例如芬蘭的技術人員設計出了一種可以穿在身上的無線感測器系統,還有SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystems)等。

(三)智能家居建築應用

文物保護單位的一個重要工作就是要對具有意義的古老建築實行保護措施。利用無線感測器網路的節點對古老建築內的溫度是、濕度、關照等進行監測,這樣就能夠對建築物進行長期有效的監控。對於一些珍貴文物的保存,對保護地的位置、溫度和濕度等提前進行檢測,可以提高展覽品或文物的保存品質。例如,英國一個博物館基於無線感測器網路設計了一個警報系統,利用放在溫度底部的節點檢測燈光、振動等信息,以此來保障文物的安全[5]。

目前我國基礎建設處在高速發展期,建設單位對各種建設工程的安全施工監測越來越關注。利用無線感測器網路使建築能夠檢測到自身狀況並將檢測數據發送給管理部門,這樣管理部門就能夠及時掌握建築狀況並根據優先等級來處理建築修復工作。

另外,在傢具或家電匯中設置無線感測器節點,利用無線網路與互聯網路,將家居環境打造成一個更加舒適方便的空間,為人們提供更加人性化和智能化的生活環境。通過實時監測屋內溫度、濕度、光照等,對房間內的細微變化進行監測和感知,進而對空調、門窗等進行智能控制,這樣就能夠為人們提供一個更加舒適的生活環境。

(四)軍事應用

無線感測器網路具有低能耗、小體積、高抗毀等特性,且其具有高隱蔽性和高度的自組織能力,這為軍事偵察提供有效手段。美國在20世紀90年代就開始在軍事研究中應用無線感測器網路。無線感測器網路在惡劣的戰場內能夠實時監控區域內敵軍的裝備,並對戰場上的狀況進行監控,對攻擊目標進行定位並能夠檢測生化武器。

目前無線感測器網路在全球許多國家的軍事、研究、工業部門都得到了廣泛的關注,尤其受到美國國防部和軍事部門的重視,美國基於C4ISR又提出了C4KISR的計劃,對戰場情報的感知和信息綜合能力又提出新的要求,並開設了如NSOF系統等的一系列軍事無線感測器網路研究。

總之,隨著無線感測器網路的研究不斷深入和擴展,人們對無線感測器的認識也越來越清晰,然而目前無線感測器網路的在技術上還存在一定問題需要解決,例如存儲能力、傳輸能力、覆蓋率等。盡管無線感測器網路還有許多技術問題待解決使得現在無法廣泛推廣和運用,但相信其未來發展前景不可估量。

⑧ 無線感測器網路的路由協議具體有哪些特點

(1)能量優先
傳統路由協議在選擇最優路徑時,很少考慮節點的能量消耗問題。而無線感測器網路中節點的能量有限,延長整個網路的生存期成為感測器網路路由協議設計的重要目標,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
無線感測器網路為了節省通信能量,通常採用多跳的通信模式,而節點有限的存儲資源和計算資源,使得節點不能存儲大量的路由信息,不能進行太復雜的路由計算。在節點只能獲取局部拓撲信息和資源有限的情況下,如何實現簡單高效的路由機制是無線感測器網路的一個基本問題。
(3)以數據為中心
傳統的路由協議通常以地址作為節點的標識和路由的依據,而無線感測器網路中大量節點隨機部署,所關注的是監測區域的感知數據,而不是具體哪個節點獲取的信息,不依賴於全網唯一的標識。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,以數據為中心形成消息的轉發路徑。
(4)應用相關
感測器網路的應用環境千差萬別,數據通信模式不同,沒有一個路由機制適合所有的應用,這是感測器網路應用相關性的一個體現。設計者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。
針對感測器網路路由機制的上述特點,在根據具體應用設計路由機制時,感測器網路需滿足一定的路由機制。

⑨ 物聯網無線感測器網路的應用領域有哪些

主要特點

大規模

為了獲取精確信息,在監測區域通常部署大量感測器節點,可能達到成千上萬,甚至更多。感測器網路的大規模性包括兩方面的含義:一方面是感測器節點分布在很大的地理區域內,如在原始大森林採用感測器網路進行森林防火和環境監測,需要部署大量的感測器節點;另一方面,感測器節點部署很密集,在面積較小的空間內,密集部署了大量的感測器節點。

感測器網路的大規模性具有如下優點:通過不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比;通過分布式處理大量的採集信息能夠提高監測的精確度,降低對單個節點感測器的精度要求;大量冗餘節點的存在,使得系統具有很強的容錯性能;大量節點能夠增大覆蓋的監測區域,減少洞穴或者盲區。

自組織

在感測器網路應用中,通常情況下感測器節點被放置在沒有基礎結構的地方,感測器節點的位置不能預先精確設定,節點之間的相互鄰居關系預先也不知道,如通過飛機播撒大量感測器節點到面積廣闊的原始森林中,或隨意放置到人不可到達或危險的區域。這樣就要求感測器節點具有自組織的能力,能夠自動進行配置和管理,通過拓撲控制機制和網路協議自動形成轉發監測數據的多跳無線網路系統。

在感測器網路使用過程中,部分感測器節點由於能量耗盡或環境因素造成失效,也有一些節點為了彌補失效節點、增加監測精度而補充到網路中,這樣在感測器網路中的節點個數就動態地增加或減少,從而使網路的拓撲結構隨之動態地變化。感測器網路的自組織性要能夠適應這種網路拓撲結構的動態變化。

動態性

感測器網路的拓撲結構可能因為下列因素而改變:①環境因素或電能耗盡造成的感測器節點故障或失效;②環境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化,甚至時斷時通;③感測器網路的感測器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性;④新節點的加入。這就要求感測器網路系統要能夠適應這種變化,具有動態的系統可重構性。

可靠性

WSN特別適合部署在惡劣環境或人類不宜到達的區域,節點可能工作在露天環境中,遭受日曬、風吹、雨淋,甚至遭到人或動物的破壞。感測器節點往往採用隨機部署,如通過飛機撒播或發射炮彈到指定區域進行部署。這些都要求感測器節點非常堅固,不易損壞,適應各種惡劣環境條件。

什麼是無線感測器網路

無線感測器的無線傳輸功能,常見的無線傳輸網路有RFID、ZigBee、紅外、藍牙、GPRS、4G、2G、Wi-Fi、NB-IoT。
與傳統有線網路相比,無線感測器網路技術具有很明顯的優勢特點,主要的要求有: 低能耗、低成本、通用性、網路拓撲、安全、實時性、以數據為中心等。

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