无线传感网技术概述.ppt

*****无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其它节点逐跳进行传输，在传输过程中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，发布监测任并收集监测数据。**由于传感器网络常部署于地面，受地面障碍物、植被等干扰，无线通信的距离一般较短，通信干扰大，链路质量差，传输速率低。可见，每个传感器节点的能力（资源）是非常有限的，单个传感器节点的作用很小，但是如果将大量这样的节点以适当方式组成网络，并将它们的输出有机地关联与融合，整个网络可提供远高于单个节点的强大功能。*放置在野外环境的传感器节点很容易受恶劣环境影响而失效，或因为电池耗尽而死亡，而替换失效的节点往往不可能或代价很高，因此人们一般会在监视区域中放置大量的节点，通过节点的冗余部署来提高网络的生存能力和可用性。以下各种原因都可能导致无线传感器网络的拓扑发生改变：(1)出于节能和减少传输冲突的考虑，传感器节点定期在工作状态和睡眠状态之间切换；(2)节点可能因故障、电源耗尽、链路中断等原因与其它节点断连；(3)网络中可能会补充一些新的节点；(4)部分节点具备移动的能力。由于传感器网络通常缺乏集中式控制机制，因此传感器节点必须具有自组织能力，能够自动完成网络的初始化过程并适应网络拓扑的改变。大部分传感器节点靠电池供电，能量非常有限，而庞大的节点数目以及节点部署的环境（如野外、内嵌建筑物内）往往使得更换电池不可能，因此传感器节点的能量水平决定了网络的寿命。传感器节点微小的体积也导致了它的计算能力和存储容量很有限，不能进行复杂的计算和存储大量的数据，节点的无线通信带宽通常也只有几百Kbps。传感器网络中各种协议及算法的设计都必须以节能为第一要旨，其中特别重要的是要尽量减少网络中的通信量，因为通信消耗的能量最大。部署无线传感器网络的目的是监视物理环境，从中获得用户感兴趣的信息，因此用户关心的是从网络中获取的信息而不是网络本身。以数据为中心是无线传感器网络区别于传统通信网络的最大特点。另外，为减少冗余传输、数据融合等需要，节点具有数据处理的能力，这也是不同于传统通信网络的特点。应用相关也是传感器网络区别于传统网络的一个重要特点。传感器节点有限的能力及电源供应决定了传感器网络不适宜作为一个提供通用服务的网络系统，加上监视应用严格的实时性要求，传感器网络必须与特定应用紧密耦合才能设计出一个高效的应用系统。因此，跨层设计在传感器网络中是一个必然的选择。*虽然无线传感器网络在一定程度上类似于无线自组网，但是两者在规模、节点密度、网络拓扑及无线通信方式等方面有着很大的不同。无线自组网的节点数量通常是几十或上百，而无线传感器网络的节点数目往往要高出好几个数量级。无线自组网的拓扑变化主要由节点的运动引起，而传感器网络中的节点大部分是固定不动的，拓扑变化主要由节点的休眠调度、环境干扰或者节点故障引起。无线自组网中的节点相比，传感器节点的处理能力、存储能力和通信能力都十分有限。所以，移动自组网中的协议与算法往往并不适合无线传感器网络。*传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点个数多、成本要求低廉、分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何高效使用能量来最大化网络生命周期是传感器网络面临的首要挑战。

传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低，绝大部分能量消耗在无线通信

模块上。图1-4所示是DeborahEstrin在Mobicom2002会议上的特邀报告（WirelessSensorNetworks，PartIV：SensorNetworkProtocols）中所述传感器节点各部分能量消耗的情况，从图中可知传感器节点的绝大部分能量消耗在无线通信模块。传感器节点传输信息时要比执行计算时更消耗电能，传输1比特信息100m距离需要的能量大约相当于执行3000条计算指令消耗的能量。*无线通信模块存在发送、接收、空闲和睡眠四种状态。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况，检查是否有数据发送给