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无线传感网络消耗能量特征

发布时间:2022-05-09 21:40:42

什么是无线传感技术

早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。

无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常上世纪70年代,其发展和应用,将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。

无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据颁布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。

⑵ 协议相比,无线传感器网络的路由协议具有哪些特点

与传统网络的路由协议相比,无线传感器网络的路由协议具有以下特点:
(1)能量优先
由于节点的能量有限,因此需要考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。
(2)基于局部拓扑信息
节点只能获取局部拓扑信息且资源有限,需要实现简单高效的路由机制。
(3)以数据为中心
传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流,按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等,以数据为中心形成信息的转发路径。
(4)应用相关
传感器网络的应用环境千差万别,需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。
根据无线传感器网络路由的特点,现阶段WSN路由协议设计要遵从如下原则:
(1)能量利用率优先考虑
无线传感器网络路由协议以节能为目标,采用各种方式减少通信消耗,延长WSN的生存时间。
(2)数据为中心
以数据为中心的路由协议要求采用基于属性的命名机制,某个节点的故障并不会影响整个协议的运行,提高了网络的强健性。
(3)不影响传感器节点探测精度条件下的数据聚合
通过数据聚合,将多个节点的数据综合成有意义的信息,提高了感知信息的准确性,同时增强了系统的强健性。
(4)实现节点定位和目标追踪
通过节点定位,达到路由决策的目的,同时降低整个系统的能量消耗,提高系统的生存时间。

⑶ 无线传感器网络一般是采用什么能量模型和传输模型来评做能量消耗的大小

一阶无线电模型:发送能耗+接收能耗+传输能耗,还要乘以相应的系数

⑷ 无线传感网多跳路由节点能耗怎么计算

(1)根据无线传感器网络中因节点有效传输半径对路由选择的制约,改进基于最小生成树的分簇多跳路由算法,改善因路由选择对网络能耗的影响。该算法利用Voronoi图的泊松过程特性优化簇首节点数,并结合最小生成树动态调整簇内外节点的路由发现实现网络能耗优化。仿真结果表明该算法在开销容忍的前提下,网络均衡负载,并与相同仿真条件下的基于LEACH的分层多跳路由算法相比,更有效地延长了网络寿命,同时降低了计算时间复杂度。
(2)针对无线传感器网络中传感器节点投放分布对投放区域有效通信信号覆盖的影响,改进了一种基于通信覆盖的分布式投放概率覆盖算法。在保证投放精度的前提下,该算法根据传感器节点在投放区域中位置的不确定性以及信号衰减特性,建立信号覆盖模型,并通过信号覆盖率计算出各节点预定投放位置,由传感器节点的自定位算法获取定位信息为前提,获取节点的投放位置和投放数目。在改善区域通信覆盖的同时,提高了节点分布效率,达到节省网络资源的目的。通过仿真比较了在不同定位投放方法下的各相关性数据,验证了该算法可实现高效投放的优越性能。
(3)在关于无线传感器网络应用方面,提出了在实现投放区域有效通信信号覆盖的基础上保证局部能量有效损耗的路由设计要求,由此提出了基于多跳路径划分子空间的分簇路由算法。该路由算法在获得相应的节点拓扑分布的前提下实现了能量平均损耗,而节点拓扑的获取则通过采用高斯分布的定位误差模型与马尔可夫链性质相结合,改进了以前算法对于传感器节点拓扑结构的获取。通过对整个算法的仿真,得到的相关数据证明了算法在实现网络硬件资源优化和能量有效损耗方面所具有的较好的性能。
(4)在对运动目标跟踪定位的研究中,对于无法得知目标的运动状态方程和观测噪声的概率密度分布的情况时,提出基于粒子滤波和曲线准线性优化的目标跟踪算法。算法利用传感器节点的感知圆的几何特性确定目标的运动区域的边界限制,借鉴cost
reference粒子滤波算法,估计出目标的运动轨迹,随后通过曲线的线性近似简化了目标运动轨迹的估计,同时也获取了目标的速率的可控估计,仿真结果证明了所提算法的高效性。根据实际应用中可能出现部分的传感器节点失效的情况,引入了节点的失效检测,并以贝叶斯概率分布估计纠正失效节点对原目标状态做的判断,提高失效节点所在感知区域的容错能力,改善了目标跟踪定位的精度。

⑸ 设计无线传感器网络的节点部署方案时必须考虑哪些问题

设计无线传感器网络节点需要遵循以下几个主要的原则。
(1)微型化与低成本
由于无线传感器网络节点数量大,只有实现节点的微型化与低成本才有可能大规模部署与应用。因此节点的微型化与低成本一直是研究人员追求的主要目标之一。对于目标跟踪与位置服务一类的应用来说,部署的无线传感器节点越密,定位精度就越高。对于医疗监控类的应用来说,微型节点容易被穿戴。实现节点的微型化与低成本需要考虑硬件与软件两个方面的因素,而关键是研制专用的片上系统(System on Chip,SoC)芯片。对于传统的个人计算机,内存2GB、硬盘100GB已经是常见的配置,而一个典型的无线传感器节点的内存只有4kB、程序存储空间只有10kB。正是因为传感器节点硬件配置的限制,所以节点的操作系统、应用软件结构的设计与软件编程都必须注意节约计算资源,不能够超出节点硬件可能支持的范围。
(2)低功耗
传感器节点在使用过程中受到电池能量的限制。在实际应用中,通常要求传感器节点数量很多,但是每个节点的体积很小,携带的电池能量十分有限。同时,由于无线传感器网络的节点数量多、成本低廉、部署区域的环境复杂,有些区域甚至人员不能到达,因此传感器节点通过更换电池来补充能源是不现实的。如何高效使用有限的电池能量,来最大化网络生命周期是无线传感器网络面临的最大的挑战。
传感器节点消耗能量的模块包括:传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步,处理器和传感器模块的功耗变得很低。图2-43给出了传感器节点各部分能量消耗情况。从图中可以看出,传感器节点能量的绝大部分消耗在无线通信模块。传感器节点发送信息消耗的电能比计算更大,传输1bit信号到相距100m的其他节点需要的能量相当于执行3000条计算指令消耗的能量。
图2-43传感器节点各部分能量消耗情况无线通信模块存在四种状态:发送、接收、空闲和休眠。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况,检查是否有数据发送给自己,而在休眠状态则关闭通信模块。从图中可以看到,无线通信模块在发送状态的能量消耗最大;在空闲状态和接收状态的能量消耗接近,但略少于发送状态的能量消耗;在休眠状态的能量消耗最少。为让网络通信更有效率,必须减少不必要的转发和接收,不需要通信时尽快进入休眠状态,这是设计无线传感器网络协议时需要重点考虑的问题。
(3)灵活性与可扩展性
无线传感器网络节点的灵活性与可扩展性表现在适应不同的应用系统,或部署在不同的应用场景中。例如,传感器节点可以用于森林防火的无线传感器网络中,也可以用于天然气管道安全监控的无线传感器网络中;可以用于沙漠干旱环境下天然气管道安全监控,也可以用于沼泽地潮湿环境的安全监控;可以适应单一声音传感器精确位置测量的应用,也可以适应温度、湿度与声音等多种传感器的应用;节点可以按照不同的应用需求,将不同的功能模块自由配置到系统中,而不需重新设计新的传感器节点;节点的硬件设计必须考虑提供的外部接口,可以方便地在现有的节点上直接接入新的传感器。软件设计必须考虑到可裁剪,可以方便地扩充功能,可以通过网络自动更新应用软件。
(4)鲁棒性
普通的计算机或PDA、智能手机可以通过经常性的人机交互来保证系统的正常运行。而无线传感器节点与传统信息设备最大的区别是无人值守,一旦大量无线传感器节点被飞机抛洒或人工安置后,就需要独立运行。即使是用于医疗健康的可穿戴节点,也需要独立工作,使用者无法与其交互。对于普通的计算机,如果出现故障,人们可以通过重启来恢复系统的工作状态。而在无线传感器网络的设计中,如果一个节点崩溃,那么剩余的节点将按照自组网的思路,重新组成具有新拓扑的自组网。当剩余的节点不能够组成新的网络时,这个无线传感器网络就失效了。因此传感器节点的鲁棒性是实现无线传感器网络长时间工作重要的保证。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html

⑹ 无线传感器网络的特点有哪些

无线传感器网络除了具有无线网络的移动性、断接性等共同特征以外,还具有很多其他鲜明的特点。
1)传感节点体积小,成本低,计算能力有限。
2)传感节点数量大、易失效,具有自适应性。
3)通信半径小,带宽很低。
4)电源能量是网络寿命的关键。
5)数据管理与处理是传感器网络的核心技术。

⑺ 无线传感器网络的特征有哪些其传感器结点由哪些模块组成

无线传感器网络的特征非常多,无线传输,自动化调控,无需布线,安装时无需改动建筑,操作简单,维护方便,传输速率快,传输距离远等等,具体实际推荐到信立科技无线传感器去看看,传感器节点有由低功耗单片机、无线通讯模块、传感器元件等,希望对你有利

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