无线传感器网络(Wireless Sensor Network ,WSN)是一种新型的信息获取以及处理网络技术,它集传感器技术、通信技术、计算机技术以及网络技术于一体,具有自动组网、动态智能和协同感知等功能。 Aa(<L$e!`
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如图1所示,无线传感器网络的工作原理是利用各种类型的敏感元件构成的传感器,分布于需要覆盖的领域内,组成传感器节点,用于收集数据,并且将数据路由送至信息收集节点“Sink”,信息收集节点与信息处理节点通过广域网(如Internet网络或卫星网络)将数据送至地面监控中心进行统计分析和处理,并对监测结果进行综合评估。 DR+,Y2!_GT
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无线传感器网络的特点 : M StX*Zw
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低速率 x(r+P9f\<
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传感器网络节点,通常只需定期传输温度、湿度、压力、流量、电量等被测参数,相对而言,被测参数的数据量小,采集数据频率较低。 <DiOWi
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低功耗 s^C;>
通常,传感器节点利用电池供电,且分布区域复杂、广阔,很难通过更换电池方式来补充能量,因此,要求传感器网络节点的功耗要低,传感器的体积要小。 saK;[&I*
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低成本 3B18dv,V
应用WSN时,监测区域广、传感器的节点多,且有些区域环境的地形复杂,甚至连工作人员都无法进入,一旦安装传感器则很难更换,因而要求传感器的成本低廉。 2*[Un(
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短距离 CI^|k/
为了组网和传递数据方便,两个传感器的节点之间的距离通常要求在几十米到几百米之间。 ,?b78_,2
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高可靠 z%2w(&1
WSN的信息获取是靠分布在监测区域内的各个传感器检测到的,如传感器本身不可靠,则其信息的传输和处理是没有任何意义的。 af>3V( 7
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大容量 23E0~O
要求网络能容纳上千、上万个节点。 H@!#;w
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动态性 {rGYRn,
对于复杂环境的组网,其覆盖区域往往会遇到各种电、磁环境的干扰,加之供电能量的不断损耗,易引起传感器节点故障, 因此要求传感器网络具有自组网、智能化和协同感知等功能。 #MM&BC
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无线传感器网络有着十分广泛的应用和发展前景。它不仅在工业、农业、医疗、环境、航空、航天和军事等领域有着巨大的应用价值,在未来的许多新兴领域也蕴藏着巨大商机,如在家庭、防灾、保健、环保、反恐等领域也体现出许多的优越性而大显身手。另外,它还可以到达一些人类无法到达或无法工作的环境。 G,DOBA
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目前,业界普遍认为无线传感器网络是人类面临的一次发展机遇。它将改变人们的生活,甚至将引起一场划时代的军事技术革命和未来的战争变格。美国商业周刊MIT技术评论,在预测未来的技术发展报告中,分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的四大技术之一。无线网络传感器、塑料电子学和仿生人体器官被认为是全球未来的三大高科技产业。我国对无线传感器网络的发展也十分重视,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》在重大专项、优先发展主题以及前沿领域均将传感器网络列入,其中,重大专项“新一代宽带移动无线通信网”被列为其中的重要方向之一。 8W{~wg`
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无线传感器网络协议机制 EzP#Mnz^
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物理层研究 ER<eX4oU
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物理层研究主要集中在传输介质的选择。目前传输介质主要有无线电、红外线和光波三种;传输频段选择为通用频段ISM,4.33MHz,915MHz和2.44GHz;调制方式为二元调制和多元调制。 'O "kt T
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数据链路层研究 ?M"HXu
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数据链路层研究主要集中在MAC(Media Access Control)媒体访问控制协议,该协议是保证WSN高效通信的关键协议之一,传感器网络的性能如吞吐量、延迟性完全取决于网络的MAC协议,与传统的MAC协议不同,WSN的协议首先考虑能量节省问题,通常可分为下面几类: F$ {4X /9n
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随机竞争类MAC 5'9.np F)
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● S-MAC协议,周期性侦听/睡眠方式,目的是节能; 6UB6;-
● T-MAC协议,减少空间侦听时间; \dNhzd#
● Sift协议,N个传感器节点,同时检测到同一事件时,希望R个节点(R=N)能够在最小时间内,无冲突地成功发出事件监测信息,抑制剩余(N-R)个节点的消息发送。 h]}`@M"
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时分复用(TDMA)类MAC协议 w b+<a
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● DMAC协议,采用不同深度节点之问的活动/睡眠的交错调度机制; (w2(qT&