研究意义及现状

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1、1.2无线传感网络的研究意义及国内外研究现状无线传感器网络是继Internet^后，将对21世纪人类生活方式产生重大彩响的一种rr热点技术。Internet改变了人与人之间交流、沟通的方式，而无线传感器网络将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起，将改变人与自然交互的方式。2003年著名的美国《商业周刊》在其“未來技术专版”中发表文章指出，效用计算、传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官是全球未来的四大高技术产业,它们将掀起新的产业浪潮。2003年MIT技术评论TechnologyReview在预测未来技术发展的报告屮认为，有I•种

2、新兴技术在不远的将来将改变世界，其屮无线传感器网络被列为首位131。目前，传感器网络在军事、民用和学术届等许多领域的研究都取得了重大的1进展。国外一些主要的研究项目及研究内容如表1.1所示。国内，包括国家自然基金及各大高校、研究所也都对无线传感器网络投入了研究。表1-1无线传感器网络的研究进展计划名称研究内容与进展资助部承担单位起止年代1・1研究背景和意义无线传感器网络(WSN,WirelessSensorNetworks),作为一项新型的信息采集技术口益受到国内外科研工作者的高度重视。无线传感器网络，指在环境屮布置的传感器节点以无

3、线通信方式组织成网络，传感器节点完成一些数据采集工作，节点通过无线传感网络将数据发送到网络中，并最终由特定的应用接收。传感器节点集成传感器件、数据处理和通信模块，并通过自组织的方式构成网络。借助于传感器节点中内置的形式多样的传感器，口J以测量所在周边环境中的热、红外、声、雷达和地震波等信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、速度和方向等物质现彖。无线传感器网络是一种全新的信息获取和信息处理模式。无线传感器网络的节点通过飞行器撒播、人工埋置等方式任意散落在被监测区域内，以自组织方式构成网络。根据节点数目的多少，传感器网络可按

4、平面结构和分簇结构…來构建。平面结构比较健壮，但是控制开销大，可扩展性不佳，主要适用于屮小型网络。在分簇结构屮，网络被划分成簇，每个簇包含一个簇头和多个簇成员，簇头和网关构成虚拟骨干网。分簇结构的优点是网络可扩充性好，容易实现网络的管理和同步，主要用于大规模的无线传感器网络。无线传感器网络的平面结构如图1-1所示。在传感器网络中，大量传感器节点被随机部署在监测区域内，节点以口组织方式构成网络，节点监测到的数据通过英他传感器节点逐跳地进行传输，在传输的过程屮数据可能被多个屮间节点处理。经过多跳路由后，监测数据传输到汇聚(Sink)节点

5、，最后由Internet或者卫星进行收集并传送给用户。用户传感器节点图1T无线传感器网络的平而结构无线传感器网络中的节点分为两种：普通的传感器节点和汇聚节点。普通节点，是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量冇限的电池供电。从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行木地信息收集和数据处理外，述要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定的任务。汇聚节点（Sink节点），节点处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感

6、器网络-^Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具冇增强功能的普通节点，冇足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。在平面结构的无线传感器网络屮，所有节点具有相同的地位，所以又被称为对等式结构。平面结构的网络比较简单，源节点和目的节点间一般存在多条路径，网络负荷由这些路径共同承担，一般情况卜•不存在瓶颈，网络比较健壮。但是在无线传感器网络屮，由于节点数量较大，密度较高，平而结构在节

7、点的组织、定位、节点与基站之间的路由建立、控制与维持的报文开销上都存在着很大的问题，这些开销会占用很大的带宽，影响网络数据的传输速率，严重情况下甚至会造成整个网络的崩溃。另外，节点在进行报文传输时，曲于所有节点都起着路由的作用，因此，某个节点在产生并发送报文Z后，在这个节点和基站节点Z间会使得大量的节点参与存储转发工作，很难进入休眠状态，从而使整个系统在宏观上将损耗很多能量。平面结构的可扩充性差，每个节点都需要知道到达其它所有节点的路由，维护这些动态变化的路由信息则需要大量的控制信息。在分簇结构中，网络被划分为多个簇。每个簇由一个簇

8、头和多个簇成员组成，这些簇头形成了高一级的网络。分簇后的网络体系结构如图卜2所示。簇成员负责数据的采集，而簇头节点负责簇间数据的转发，这大大减少了网络中路由控制信息的数量，因此具有很好的可扩充性。簇头可以预先指定，也可以通过分簇算法选