无线传感器网络的特点与发展趋势

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1、文章编号：1009—944l(2011)08-0018—02无线传感器网络的特点与发展趋势口口李峰(山西建筑职业技术学院，山西太原030006)摘要：阐述了无线传感器网络的特点，论述了其发展趋势。关键词：无线传感器网络；网络协议；低能耗；实时性；ZigBee标准中图分类号：TP212文献标识码：A引言无线传感器网络与传统的数据网络有较为明显的区别。无线传感器网络技术具有灵活、自适应的网络协议体系，其网络协议、算法的设计和实现与具体的应用场景有紧密的关联。无线传感器网络采用分层的体系结构，跨层设计的目标是实现逻辑上并不相邻的协议层之间的设计

2、互动与性能平衡。ZigBee是一种新兴的无线网络通信技术规范，主要用于近距离的无线连接。无线传感器网络与现有网络的融合，将拓展新的应用领域。对不同于传统数据网络的无线传感器网络进行研究，具有较为重要的理论价值与现实意义。本文对无线传感器网络的特点以及发展趋势进行了初步的分析与探讨，以进一步深化对相关网络的理解与认识。1无线传感器网络的特点无线传感器网络不同于传统的数据网络，这对无线传感器网络的设计与实现提出了新的挑战，其特点主要体现在以下5个方面。1．1低能耗传感器节点通常由电池供电，电池的容量一般不会很大。由于计算机长期工作在无人值守的

3、环境中，通常无法为传感器节点充电或更换电池，一旦电池用完，节点也就失去了作用。这就要求在无线传感器网络运行的过程中，每个节点都要使自身的能量消耗达到最低，以获得最长的工作时间。无线传感器网络中的各项技术与协议的应用，一般均以节能为前提。1．2实时性无线传感器网络的应用大多有实时性的要求。例如，目标在进入监测区域后，网络系统需要在一个很短的时间内对这一事件作出响应，其反应时间越短，系统的性能就越好。再如，车载监控系统需要每10ms读1次加速度仪的测量值，否则就无法正确估计速度，甚至导致交通事故。这些应用对无线传感器网络的实时性设计提出了很大

4、挑战。1．3低成本组成无线传感器网络的节点数量众多，单个节点的价格会极大地影响系统成本。为了达到降低单个节点成本的目的，需要设计出对计算、通信与存储能力要求较低的、简单的网络系统与通信协议。此外，还可通过减少系统管理与维护的开支，来降低系统成本，这要求无线传感器网络系统应具备自配置与自修复的能力。1．4安全、抗干扰无线传感器网络系统具有严格的资源限制，因而需要设计低开销的通信协议。同时，无线传感器网络也存在着严重的安全问题。如何使用较少的能量完成数据加密、身份认证、入侵检测，以及在遭受破坏或干扰的情况下可靠、安全地完成任务，也是无线传感器

5、网络研究与设计所面l晦的一个重要任务。1．5协作单个的传感器节点往往不能完成对目标的测量、跟踪与识别，因而需要多个传感器节点通过一定的算法来进行信息交换，再对所取得的数据进行加工、汇总与过滤，并以事件的形式获得最终结果。2无线传感器网络技术发展的趋势结合以上特点，根据无线传感器网络的研究现状，无线传感器网络技术的发展趋势主要体现在以下4个方面。2．1灵活、自适应的网络协议体系无线传感器网络广泛应用于军事、环境、医疗、家庭、工业等领域，其网络协议、算法的设计及实现与具体的应用场合紧密关联。例如，在环境监测中，需要使用静止、低速的无线传感器网

6、络；在军事应用·18·Research＆ApplicationofBuadingMaterials中，需要使用移动的、实时性强的无线传感器网络；在智能交通中，还需要将RFID技术与无线传感器网络技术融合起来使用。这些面向不同应用背景的无线传感器网络，其所使用的路由机制、数据传输模式、组网机制以及实时性要求等有着很大的差异，因而其网缗陛能各有不同。目前，无线传感器网络研究中的各种网络协议都是基于某种特定应用而提出的，这给无线传感器网络的通用化设计与使用带来了很大的困难。如何设计功能可裁减、可重构，能适应不同应用需求、自主灵活的无线传感器网络

7、协议体系结构，将是未来无线传感器网络发展的一个重要方向。2．2跨层设计无线传感器网络具有分层的体系结构，因而在设计时也大多分层进行。各层的设计相互独立且具有一定的局限性，所以，对各层的优化设计并不能保证整个网络的设计最优化。针对以上问题，一些研究者提出了跨层设计的概念。跨层设计的目标是实现逻辑上并不相邻的协议层之间的设计互动与性能平衡。就无线传感器网络而言，能量管理机制、低功耗设计等在各层设计中均有所体现，但要使整个网络的节能效果达到最佳，还应采用跨层设计的思想。将MAC与路由相结合进行跨层设计可以节省能量，延长网络寿命。同样，传感器网络

8、的能量管理与低功耗设计也必须结合实际跨层来进行。此外，在时间同步与节点定位方面，采用跨层优化设计的方式，能够使节点直接获取物理层的信息，有效地避免本地处理带来的误差，最终获得较为准确的相关信息