无线传感器网络综述

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1、无线传感器网络综述摘要：作为世界信息产业的第三次浪潮，无线传感器网络将物理基础设施和IT基础设施整合为统一的基础设施，这使得它可以运行在人无法接近的恶劣环境中，承担救灾、抢险和远程控制等重要工作。但由于目前网络定位、算法、地图匹配等方面的技术并不成熟，各种工作都无法高效进行。本文在介绍了无线传感器网络的概念、工作原理和体系结构的基础上，着重比较了几种较实用的算法，并展示了一些有价值的应用领域。关键词：无线传感器网络；定位算法的比较；应用前景随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点，通过自组织的方式

2、构成网络，借助与节点中内置的形式多样的传感器，测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、适度、噪声、光强度、压力、土壤成分、及移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在通信方式上，虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，为明确起见，一般称作无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）。1.无线传感器网络的原理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

3、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。2．传感器网络的体系结构2.1无线传感器网络的系统架构无线传感器网络的系统构架如下图1-1所示，通常包括传感器节点(sensornode)、汇聚节点(sinknode)和管理节点，即无线传感器网络的三个要素是传感器、感知对象和观察者[2]。在无线传感器网络的工作过程中，大量传感器节点随机部署在

4、监测区域内部或附近，能够通过自组织的方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳的进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。2.2传感器节点的结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图1-2所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的

5、数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。由于传感器节点采用电池供电，一旦电能耗尽，节点就失去了工作能力。为了最大限度的节约电能，在硬件设计方面邀尽量的采用低功耗器件，在没有通信任务的时候，切断射频部分电源；在软件设计方面，各通信协议都应该以节能为中心，必要时可以牺牲一些其他的一些网络性能指标，以获得更高的电源效率。3.无线传感器网络定位算法的比较传感器节点的自身定位是传感器网络应用的基础。例如目标监测与跟踪、基于

6、位置信息的路由、智能交通、物流管理等许多应用都要求网络节点预先知道自身的位置，并在通信和协作过程中利用位置信息完成应用要求。若没有位置信息，传感器节点所采集的数据几乎是没有应用价值的。所以，在无线传感器网络的应用中，节点的定位成为关键的问题。较好的算法应具有以下几点特性：(1)较小的能耗传感器节点所携带能源有限和不易更换的特点要求定位算法应该是低能耗的。(2)较高的定位精度这是衡量定位算法的一个重要指标，一般以误差与无线射程的比值来计算，20％表示定位误差相当于节点无线射程的20％。(3)计算方式是分布式的分布式

7、的定位算法，即计算节点位置的工作在节点本地完成，分布式算法可以应用于大规模的传感器网络。(4)较低的锚节点密度锚节点定位通常依赖人工部署或GPS实现。大量的人工部署不适合Ad-hoc网络，而且锚节点的成本比普通节点要高两个数量级。(5)较短的覆盖时间。根据算法本身的优化性以及仿真实验的分析结果，这里介绍几种较为实用的定位算法：A：节点密度；r：通信半径（即节点无线射程）；E：相对定位误差；D：定位比例；算法定位精度节点密度锚节点密度定位比例应用优点不足BoundingCube【1】当A>20%，30m=

8、0m时，E<40%；最佳r：40m左右（注1）影响较大无需锚当A>20%，r>30m时，D达到100%计算简单，计算量小，定位精度需满足一定条件3D-PMWSN【2】需要已知位置的Reader，并要求Reader有合理的位置放置在仓储、超市、建筑工程管理、敬老院、动物跟踪等方面具有较大的应用价值网路结构简单，定位速度快，运算简单目前尚未发现基于这种模型的应用，针对该模型还