无线传感器网络研究与应用

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1、WirelessSensorNetwork无线传感器网络研究与应用目录1、无线传感器网络概述2、国内外研究现状3、应用领域4、研究热点5、典型应用6、总结7、相关研究工作1、无线传感器网络概述新兴的第四代传感器网络第一代传感器网络：20世纪70年代。点对点传输，具有简单信息获取能力。第二代传感器网络：获取多种信息的综合能力，采用串/并接口与传感控制器相联。第三代传感器网络：20世纪90年代后期。智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网络。第四代传感器网络：以无线传感器网络为标志，正处于研究和开发阶段。

2、普通节点和Sink节点：完成数据采集和多跳中继传输。网关节点G：完成无线和有线信号转换，实现CERNET2的接入。监控中心CC：完成区域数据的综合处理。以自组织形式构成多跳中继的分级结构网络节点硬件资源有限能量效率要求高无中心自组织多跳路由动态拓扑节点数量众多，分布密集无线传感器网络的特点由电源、数据获取单元DAU、数据处理单元DPU、数据发送和接收单元DSRU构成。无线传感器网络节点2.国内外研究现状引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的极大关注美国军方：C4KISR计划、SmartSens

3、orWeb、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统CEC等。Intel公司：2002年基于微型传感器网络的新型计算发展规划。美国NSF：2003年制定了传感器网络研究计划。美国DustNetworks和CrossbowTechnologies等公司：“智能尘埃、Mote”已进入应用测试。英国、日本、意大利等国：开展该领域的研究工作。我国也开展了这一领域的研究工作：无线传感器结点的硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等。正处于研究和开发阶段。是一个从理论到

4、实践都需要大量研究的课题。2.1产品之一：智能尘埃SmartDust•光信号传输•很微小，微米级的包含传感和通信的平台•具有计算能力，双向无线通信能力，自带电源•成本比较低，适合大规模生产和部署•有特定的用途与功能：空间探测远距离交通流量探测建筑物情况监控战场，自然资源监视智能尘埃SmartDust智能尘埃SmartDust：大小比较2.2产品之二：Mote无线电波传输，元件齐全，选择性高，功能较完善Mote基于Mote无线传感器网络硬件平台=传感器板：气体传感器温度传感器湿度传感器Mote：微处理器RF传

5、输和接受设备电池和太阳能供电传感器节点基站网关：把接收数据传输给其它媒介如：手机、Internet、卫星等3、无线传感器网络应用领域军事：监控敌方部署、装备、军火情况战场监视定位战场损失评估核、生化武器攻击监测和侦察环保：森林防火洪水监测污染监控精准农业生物种群研究无线传感器网络应用领域（续）医疗：无线监测人体生理数据医院药品管理老年人健康状况监控远程医疗空间探索：星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索。选定着陆场地其他应用：紧急和临时场合应急通信：地震、水灾、强热带风暴灾害地区、边远或偏僻野外地区交通

6、流量监控智能化房屋结构健康监测机械设备状态监测4、研究热点问题(1)通信协议物理层协议:研究传感器网络采用的传输媒体、频段选择及调制方式。包括：a)无线电传输主流传输方式，一般采用ISM频段（433M,915M)b)红外线传输和光波传输不需调制，接收器电路简单，功耗小（smartdust项目开发了具有光通信能力的传感器）(1)通信协议--数据链路层协议a)拓扑生成平面结构：所有节点处于平等地位，结构简单易维护具有较好的健壮性无管理节点，自组织协同算法复杂典型算法：ASCENT,SPAN等层次结构：以簇的形式

7、存在，有簇首和成员节点簇首管理或控制节点集合（簇）可扩展性好，便于管理，但开销大，硬件成本高典型算法：DNC和RCA：双信道分组机制虚拟簇：需要交互的节点构成虚拟簇b)信道接入方式固定分配：需要中心调度，SMACS，EAR随机竞争：CSMA及其改进混合类：综合上面两类，S-MAC(1)通信协议--网络层协议主要指路由协议，分平面和集群两种，报头裁减也很重要问题所在：1）故障频繁，导致网络拓扑变化2）传输距离有限3）大规模组网4）能量约束a)平面路由协议：点地位平等，简单易扩展，缺乏管理•SPIN，以数据为中

8、心的自适应路由协议，通过协商机制解决路由信息爆炸和资源浪费问题•DD，根据数据内容来优化路径，节能网络层协议b)集群路由协议：划分为簇，分簇首和簇成员，簇首负责信息的搜集、融合、数据转发，便于管理，维护开销大•LEACH，随机循环选择簇首，将能量负载平均分配到每个WSN节点中•TEEN,PEGASIS等基于LEACH的成簇方法(2)传感器网络管理能量管理数据传送是能耗最大的部分休眠/唤醒采用发送功率低的RF控制节