无线传感器网络的研究和分析

无线传感器网络的研究和分析

刘靖

广东省电信公司刘靖

摘要：无线传感器网络作为一种无基础架构的分布式多跳无线通信系统，它无需铺设固定的基础网络设施，利用具有路由功能的节点，可以动态、灵活地组成网络，将被广泛应用于军事和民用领域，随着相应基础性问题和关键技术的解决，无线传感器网络市场潜力非常巨大。

关键词：无线传感器；网络；技术无线传感器网络是一个整个兴起的传感器网络，并逐步受到各方而的关注目前，美国的许多规模较大的公司开始通过与高等学校合作的方式，加大对无线传感器网络技术的研究工作。

美国的许多著名高校也启动了相应的计划，在无线传感器网络方而开展深入的研究。我国对无线传感器网络的研究工作也在发展之中，从木世纪初，国家自然科学基金委员会就己经批准了大量有无线传感器网络有关的课题，国家发改委也出台了计划，对无线传感器网络的相关课题进行了专门部署。

一、无线传感器网络的技术特点（一）无线传感器网络所使用的传感器耗能少、体积小、价格低、集成度高无线传感器网络技术并不是简单的将原有的传感器通过无线网络连接在一起。微机电系统技术和低耗能电子技术的不断发展，成就了新型的传感器节点。这些新型节点耗能少、体积小、价格低，并且具有微型的传感器、执行器和处理器等多种功能部件。和以前的传统传感器相比，无线传感器网络节点的优势更加明显，具有能少、体积小、价格低、集成度高等传统传感器无法比拟的特点。

（二）无线传感器网络的节点分布更为密集无线传感器网络的一个重要特点就是在需要进行监测的范围内密集的放置数量较多的相同或是不同类型的传感器节点。

通过这种密集的节点布置，可以将获取区域更详细的信息或是对统一对象获取多个角度的信息，然后将获取的大量信息进行处理，从而提高监测的精准程度，降低对单一传感器节点的精度要求通过在监测区域设置了密集的节点，其中一部分节点并不必要，这些冗余的节点会产生一定的容错能力，从而降低了对某一个单一节点稳定性的要求一除此之外，密布的节点还可以让各个节点得到合理的休息和调整，从而延长整个无线传感器网络的使用寿命（三）无线传感器网络采用的是自组织网络环境无线传感器网络的自组织性质是由自身的特点所决定的。

第一，无线传感器网络使用过程中往往没有固定的网络提供支持;第二，无线传感器网络的传感器较多，布置地点随机进行选择，其具体的相对位置关系无法提前确定;第三，传感器受外界环境或是自身因素影响，可能会出现失效情况，亦或是出于增加精度和}弥补失效节点的目的，在监测中途增加补充一些新的节点，无线传感器网络处于一个动态的变化之中。由于以上所述的三点原因，无线传感器网络需要节点之间自动进行管理和调节，从而适应不断变化的各种环境，保证无线传感器网络整体工作的连续性与高效性。

二、无线传感器网络的研究与应用现状目前无线传感器网络的研究主要是在通信、节能和网络控制三个领域，且都取得了一定的进展，为无线传感器网投入实际生产奠定了良好的理论基础。无线传感器网络具有成木低、耗能少的有点，这样就可以在一个很大的范围能进行分散布置，即便不利于是在不利于人类活动的地方，利用无线传感器网络技术都可以取得良好的工作效果，应用领域十分广泛就目前我国的研究应用情况来看，无线传感器网络可以应用于军事、环境监测、医疗健康、空间探测、工业生产等领域。

（一）国外无线传感器网络的研究现状1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，最先开始无线传感器网络技术的研究，目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，以便成倍提高单一传感未来战斗系统的生存能力[l0]。2002年，英特尔公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，该规划主要致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、海底板块和行星探测等领域的应用。同年欧盟提出了一项为期3年的EYES(自组织和协作有效能量的传感器网络)计划，主要研究无线传感器网络的构架、节点的协作、网络协议和安全等。

加拿大、英国、德国、意大利和日本等国家的研究机构也加入了无线传感器网络的研究。欧盟的Philips,FranceTelecom,Siemens,Ericsson等公司，日本的NEC、欧姆龙、OI}I,Sky2等公司都开展了无线传感器网络的研究。

（二）国内无线传感器网络的研究现状我国无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首次正式出现于1999年中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中。国内的一些科研单位和大学，如中国科学院自动化所、软件所及清华大学、哈尔滨工业大学从2002年开始在时间同步与定位、传感器数据管理系统方面开展了研究工作。重庆大学也在同一时间开始研究嵌入式无线传感器网络节点、可重构技术、无线传感器中的定位等技术。2004年，中国国家自然科学基金委员会将一项无线传感器网络项目(面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论)列为重点研究项目;2005年，将无线传感器网络基础理论和关键技术列入计划;2006年，将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究项目。国家发改委下一代互联网(CNGI)示范工程中，也部署了无线传感器网络相关的课题。

2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了3个前沿方向，其中2个与无线传感器网络的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。

三、无线传感器网络研究的热点和方向（一）通信协议通信协议可分为三个研究方向:物理层通信协议、数据链路层协议、网络层协议和信息层协议。其中物理层主要研究传感器网络的传输媒体、频段选择、调制方式等，数据链主要研究网络拓扑、信道接入方式、混合结构和Mesh等多种结构。网络层协议主演研究路由协议，传输层协议的研究视为网络提供可靠的数据和恢复功能。

（二）网络管理网路管理主要分为两种:能量管理和安全管理。能量管理是为了减少节点的耗能，在不降低工作性能的基础上，对网络进行优化，平衡网络的能量消耗;安全管理主要关注的是无线传感器网络的安全问题，包括认证、防干扰信息等。

（三）硬件资源无线传感器网络的硬件发展方式向市微型化、低成木和新型能源。无线传感器网络微型化主要是要将使用节点的体积减小;降低成木则需要在不影响性能的基础上减少硬件花费;通过太阳能等新能源的开发利用，可以解决无线传感器网络发展中遇到的能源问题。

参考文献：[1]肖燕.基于ZigBee的无线传感器网络研究[J].湖南农机,2014,1[2]朱振立.ZigBee无线传感器网络的研究与应用[J].电子测试,2014,2[3]汤宝平.机械设备状态监测无线传感器网络研究进展[J].振动、测试与诊断,2014,1[4]陈剑.无线传感器网络研究综述[J].中国新技术新产品,2013,9