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1、试论无线传感器网络研究进展的论文 摘要无线传感器网络是微机电技术、无线通信技术和数字信息处理等学科技术交叉发展的研究领域,具有十分广阔的应用前景,其特点已经引起了学术界和工业界的高度重视。介绍了无线传感器网络的发展,无线传感器网络的组成、特点、关键技术及其应用情况。 关键词无线传感器网络;发展;组成;特点;关键技术;应用 中图分类号tp212文献标识码a文章编号1007-5739(2010)01-0016-02 随着微机电技术、无线通信技术和数字信息处理技术的发展,低成本、低功耗、多功能、小尺寸的传感节点变成现实,此类节点包含有传感、数
2、据处理和通信功能,传感节点可以在短距离内进行通信。与传统传感器不同的是,此类传感器依赖于大量传感节点的协同工作,传感器网络是对传统传感器的一大革新[1]。传感器网络被美国的《商业周刊》评为影响21世纪的21个方面[2],被美国麻省理工学院《技术评论》评为即将改变世界的十大技术[3]。 1无线传感器网络的发展 无线传感器网络的构想最初由美国军方提出,美国国防部高级研究所计划署于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究,这被看成是无线传感器网络的雏形。此后,类似的项目在全美高校间广泛展开,著名的有ucberkeley的
3、smartdust项目、ucla的hz频段的物理层则能提供20kb/s的数据传输率,适用于低速率、高灵敏度和大覆盖面积的场合。依据ieee802.15.4标准的协议被称为zigee,其传输带宽虽然不及ac层协议 信号的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种宝贵的资源。如何合理有效地分配信道,是数据链路层中的mac子层要解决的问题。 无线传感器网络经常使用的有3种mac协议,即传感器协议(s-mac)、分布式能量意识协议(de-mac)和协调设备协议[9]。s-mac协议通过调配节点的休眠方式来有效地分配信道;de-mac则采用周期性监听和休眠机
4、制,避免空闲监听和串音,其目的是减少能耗和增加网络的生存周期;md协议则能为大规模、低占空比运行的节点提供不需要高精度时钟的可靠通信。总体来说,无线传感器网络的mac协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低。 4.3路由协议 在具备底层传输协议的保障后,信息如何快速地从源传输到目的地是由路由协议来解决的。路由要实现2个基本功能,即确定最佳路径和通过网络传输信息。数据传输的途径存于路由表,由路由算法初始化并负责维护[8]。无线传感器网络与普通的网络不同,它具有能量受限、通信方式以数据为中心、相邻节点的数据具有相似性、拓扑结构也在不断变化等
5、特点。与此对应,常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络。4.4能量管理 能耗是无线传感器网络所面临的最大问题,因为节点长期处于无人值守的状况下,有效的能耗策略必不可少。目前最常使用的策略是休眠机制,即在节点空闲时,使其处于休眠状态,此时其能耗降到最低。但是休眠的节点在转回正常状态的时候,往往会消耗大量的能量,因此寻找合理的状态转换策略是确保休眠机制成功的关键[10]。数据融合是另一项节能技术。多个邻近节点经常会采集同样的信息,发送这些冗余信息就给系统增加了不必要的负担。因此,通过本地计算和筛选,确保发送出最有效的信息就是数据融合的任务。其他
6、能量管理策略还有冲突避免和纠错以及多跳短距离通信等。 4.5软件支持 tinyos是ucberkeley针对其无线传感器网络节点开发的操作系统。该系统不同于传统意义上的操作系统,它更像一个编程构架,在此构架下,搭配一组必要的组件,就能方便地编译出面向特定应用的操作系统。tinyos由众多组件组成,包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、通信组件和硬件抽象组件。每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和事件处理程序,它们通过接口声明所调用的命令和将要触发的事件。调度器则负责根据任务的轻重缓急来安排系统的工作。crossboica传感器平台
7、上就使用了tinyos系统[11]。实践证明,其基本应用只占用很少的系统资源,能圆满的完成数据采集、处理和通信组网以及数据传输等任务。 5无线传感器网络的应用 商业化的无线传感器产品中最常见的就是智能节点。ucberkeley是无线传感器研究开展较早的美国高校。基于他们研发成果的无线传感器器件被称为mote,这也是目前最为通用的一种无线传感器网络产品,是由crossboote组件是mica系列处理器+无线模块,完全符合ieee802.15.4标准。最新型的mica2可以工作在868/916、433、315mhz3个频带,数据速率为40
8、kb/s,通信范围可达304.8m。其配备了128kb的编程用闪存和512kb的测量用闪存,4kb的eeprom,串行通信接口为uart
