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403 Forbidden无线传感器网络发展
无线传感器网络发展
编辑:weian
　　摘要：本文简述了无线传感器网络的定义、组成及特点，并结合其特点介绍了无线传感器网络在各行各业广泛的应用价值和未来发展前景以及目前存在的技术问题。
　　关键词：无线传感器网络;组成;应用;发展
　　科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术&&传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络(WSN,wirelesssensornetworks)综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。
　　由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。
　　无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。
　　一、发展概述
　　早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。
　　无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(BostonUniversity)还于最近创办了传感器网络协会(SensorNetworkConsortium)，期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
　　二、无线传感器网络的定义和特点
　　无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定义为：
　　Sensing+CPU+Radio=Thousandsofpotentialapplication
　　哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。从硬件上看，WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点;从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。
　　WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号/数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。
　　无线传感器网络具有以下特点：
　　1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。
　　2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值,各个节点会密集地分布于待测区域内,人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量,或者自己从外汲取能量(太阳能)。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。
　　3、无中心。在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心,是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调,在无人值守的情况下,节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
　　4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
　　5、多跳(Multi-hop)路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。
　　6、动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动;一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行;也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
　　7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。
　　8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输,虽然省去了布线的烦恼,但是相对于有线网络,低带宽则成为它的天生缺陷。同时,信号之间还存在相互干扰,信号自身也在不断地衰减,诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大,这个缺点还是能忍受的。
　　9、安全性的问题。无线信道、有限的能量,分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此,安全性在网络的设计中至关重要。
　　三、应用现状
　　虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：
　　1.环境的监测和保护
　　随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。
　　2.医疗护理
　　无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目enterforAgingServicesTechnologies(CAST)的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事EricDishman称，&在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域&。
　　3.军事领域
　　由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。
　　4.商业化用途
　　无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。从应用的情况来看,北美的状况最好,在楼宇自动化、环境监控等方面,无线传感器网络已经开始大展拳脚。超级秘书网
　　四、需要解决的问题
　　就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：
　　1.网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。
　　2.成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。
　　3.系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池;降低传感功率;此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。
　　4.高效的无线传感器网络结构。无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术，有多种形态和方式，合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面，还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。
　　总之。无线传感器网络应用前景非常诱人。无线传感器网络(WSN)被认为是影响人类未来生活的重要技术之一，这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。由于WSN本身的特点，使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别，给人们提出了很多新的挑战。由于WSN对国家和社会意义重大，国内外对于WSN的研究正热烈开展，希望能够引起测控领域对这一新兴技术的重视，推动对这一具有国家战略意义的新技术的研究、应用和发展。
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<div class="ds-thread" data-thread-key="425078" data-title="无线传感器网络发展" data-image="">君，已阅读到文档的结尾了呢~~
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无线传感器与执行器网络中协同通信研究综述
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武汉理工大学硕士学位论文无线传感器网络路由协议的研究姓名:刘守军申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:黄晓放武汉理工大学硕士学位论文摘要无线传感器网络是现代通信网络的一个新的研究领域,它由大量的传感器节点组成,通过无线通信方式自组织形成网络,能够实现对目标的实时监测、采集和信息处理。近年来,随着传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信等技术的进步,无线传感器网络得到了快速发展,应用前景十分广阔,可广泛应用于军事侦察、医疗救护、空间探测、环境监测、智能交通和智能家居等众多领域。本文首先介绍了课题背景,阐述了本课题的研究目的以及意义。接着,对无线传感器网络的概念、体系结构、特点以及关键技术做了简要介绍,由于无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成,节点的能源、计算能力和带宽都非常有限,传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。因此,设计能够有效节约能源、延长网络生命周期的路由协议成为了无线传感器网络研究的一个重点。本文对现有的无线传感器网络路由协议进行了分类和比较研究。然后有针对性地选择了典型的分簇式路由协议_I.EAcH协议作为研究对象。LEACH协议是一种典型的分簇路由协议,簇头的选取直接影响到协议性能的优劣。原有的LEACH协议中,簇头的产生完全依赖于概率事件,虽然从统计上,平均簇头数可以达到最优,但每轮的簇头数却存在较大的差异。其次,LEACH协议是让网络中的节点自组织地形成簇,簇头是随机产生的,这种随机产生的方式无法保证簇头节点的合理分布,也没有考虑节点的状态。因此本文从簇头数目、簇头分布以及簇头的能量三个方面提出了改进思路。改进后的LEACH协议,对簇头节点的产生区域进行了限定,保证了簇头数目的最优化以及簇头的合理分布,以节点剩余能量的多少为主要依据来选择簇头节点。经过NS2仿真平台的测试,改进后的路由协议使得整个网络的生命周期延长,具有较好的能量优化特性。关键词:无线传感器网络;路由协议;簇头;workisanewresearchare@work.municateviawirelessradio.W讹lesssel&#39;workwhichisutilizedinabroadforegroundiSabletoinstantlymonitor,collectandprocessvariousinformationofenvirement.Recentadvancesinsensortechnology,micro-electromechanicalsystems,work.Inthisdissertation,theeonceptions,workarepresentedbriefly.workconsistsofalargequantityofsensornodeswhosepower,parisonofseveralkindsofexistingprotocols.Researchingcluster-workisthemainpartofthiswork.LEACHisselectedtobetheresearchtargetastherepresentativeofthecluster-basedroutingprotocols.workroutingprotocols.TheformerLEACHalgorithmsaimforadaptingtoclustersandrotatingclusterheads.皿eSelectionofclustersdependsonprobabilityevents.Ineveryround.theclusterheadsaredeterminedrandomlyandthenumberofclusterscanbedifferent.LEACHprotocolcannotpromisetoconstructtheclustersinreason.WebringforwardsomeimprovementstoLEACHprotoc01.ordingtotheirpositionandresidualenergy.Throughsimulationresults,itisprovedthattheimprovedalgorithmsearlachievegoodperformanceintermsofsystemlifetime.Keywords:work,routingprotocol,clusterhead,LEACH独创性声明本人声明,所呈父的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构学位证书而使用过的材料。与我一起J二作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名:粹吼毕一关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理r大学有关保留、使用学位论文的规定,即学校有权保留、送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)一粹跏懿:掘胁班武汉理工大学硕士学位论文1.1研究背景第1章绪论近年来,随着无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术以及微电机技术的发展,无线传感器网络得到飞速发展,被认为是二十一世纪最有潜力的技术之一。美国的《技术评论》杂志”1在论述未来新兴十大技术时,更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术,《商业周刊》预测的未来四大新技术中,无线传感器网络也名列其中。无线传感器网络是一类新型的无基础设施网络,它由众多传感器节点以自组织方式构成。传感器节点能够相互协作地感知、采集和处理网络覆盖区域的对象信息,通过无线通信网络将有用信息发送给远程用户。它与传统的无线网络虽然有着相似之处,但同时存在很大的差异“1。传感器节点往往数量庞大,且分布更为密集,由于环境影响和能量损耗,节点更容易出现故障。环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化,这对网络各种算法的有效性提出了严峻的挑战。与传统无线网络相比,传感器节点由于受价格、体积和功耗的限制,节点的计算、存贮和通信能力都十分有限。此外,传感器节点由微型电池供电,能量有限且一般无法补充。在网络设计方面,传统无线网络的首要设计目标是提供高性能的服务质量和高效利用网络带宽。而传感器网络的首要设计目标是能量的高效利用,通过设计有效的网络协议来延长网络的生命周期。1.2研究目的和意义无线传感器网络具有组网快捷、灵活等诸多优点,具有很高的研究价值和十分广阔的应用前景,在军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险远程控制等许多领域都有重要的应用,现在已经引起了学术界和工业界的高度重视‘”。传感器网络涉及传感器技术、网络通信技术、无线传输技术、嵌入式计算武汉理工大学硕士学位论文技术、分布式信息处理技术、微电子制造技术、软件编程技术等研究领域,学科交叉很1
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