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無線傳感器網絡的組成和特點

發布時間:2017-12-03  發布者:利坤電子

   一、無線傳感器網絡的組成
   WSNs集微電子、傳感器、通信、網絡、嵌入式系統、智能計算等多個技術于一體,是一個多學科交叉、知識高度集成的前沿熱點研究。WSNs一般由大量部署在檢測區域內的傳感器節點組成,這些體積小、、種類功能繁多的傳感器節點
   通過自組織的形式組成自組網絡,節點之間通過單跳或多跳方式實現數據通信,以協作的方式實現對網絡覆蓋區域內物理世界的信息進行動態智能的感知、采集、傳輸、處理和控制。顯然,WSNs的業務范圍超過現有的移動通信業務,且WSNs便于部署,擅長在惡劣的或需要長時間監測的環境中工作,可從復雜的物理世界獲取感興趣的信息,有助于實現人類與自然環境之間的信息即時溝通。
   WSNs的系統架構,主要包括傳感器節點(SensorNode)、匯聚節點(SinkNode)和遠程任務管理(RemoteTaskManagement)三個部分。大量的傳感器節點隨機地部署在監測區域,并以自組織和多跳的方式構成無線網絡。傳感器節點將監測到的數據信息以多跳的方式傳輸到匯聚節點,再通過互聯網、移動通信網等外部網絡傳輸到遠程任務管理,供觀察者使用;觀察者可通過遠程任務管理配置和管理整個網絡。
   在當前的WSNs應用中,傳感器節點常采用低成本、低功耗且具有   的感知、計算和無線通信能力的電子設備,能實現數據采集、事件監測、事件標識、位置監測和節點控制等功能。傳感器節點間通信距離很短,一般采用多跳方式實現遠距離數據傳輸。匯聚節點的通信能力與數據處理能力較強,負責連接傳感器網絡和外部網絡,實現兩種協議棧之間的通信協議轉換,同時轉發遠程任務管理的指令給傳感器節點,并把傳感器節點收集到的數據、監測到的事件信息傳送至遠程任務管理端。
   二、 無線傳感器網絡的特點
   WSNs是一種新型的能獲取信息的無線網絡,下面簡單介紹其主要特點。
   1、網絡的規模大
   WSNs規模大主要體現在節點分布區域大、節點部署數密集兩個方面。為了獲取   的信息,一個WSN可包含成千上萬個無線傳感器節點,這些節點往往被隨機分布在一個很大的特定地理區域內進行監測。WSNs的大規模特性使其獲取的信息具有很大的信噪比,通過分布式處理大量的采集信息能提高監測精度,降低對單個傳感器節點的依賴;大量冗余節點的存在,使系統具有較強的容錯性;同時,大量節點能增大網絡的覆蓋區域,減小網絡盲區的存在。
   2、網絡節點的資源受限
   WSNs節點的資源受限主要體現在節點電源能量有限、節點通信能力有限、節點計算能力和存儲能力有限等方面。由于節點數量大、分布廣,通過   換節點的電池來補充節點能量的方式往往是不現實的。如何   地使用節點的能量,實現網絡生命周期的   大化,是WSNs應用中的一個重要問題。節點的能量受限,又直接影響到節點的通信能力。
   3、網絡以數據為中心
   WSNs中的每個節點采用編號進行標識后隨機部署,節點編號與節點位置之間沒有必然的聯系。當用戶使用WSNs查詢事件時,關心的是監測區域內對象的狀態信息,將查詢事件告知整個網絡,而非網絡中的單個節點。監測事件是大量節點的協同工作,通過網絡將節點監測的諸多數據進行分析處理,再將獲取的指定事件數據匯報給用戶,而單個節點感知的數據對用戶意義不大。WSNs把節點視為感知數據流,把網絡視為感知數據庫,把數據管理和數據處理作為網絡的應用,把用戶定制的數據信息作為目標,因此WSNs是一個以數據為中心的網絡。
   4、網絡的自組織性
   在WSNs的應用中,節點常被隨機部署在沒有充足的基礎設備的區域,多數節點的位置不可能預先設定,節點之間的相鄰關系也無法預先獲取,因此就要求無線傳感器節點具有自組織能力,能自動進行自身配置并實現自身管理,通過拓撲控制機制和網絡協議自動形成監測數據的無線多跳自組織網絡系統。此外,受能耗、應用環境、現實需求等因素的影響,在WSNs的使用過程中部分節點可能會失效,也可能需要增加部分節點以提高監測精度,所以WSNs中的節點數量存在不確定性,網絡的拓撲結構也是動態變化的,這些都要求WSNs有較強的自組織能力。
   5、網絡的自動管理和高度協作性
    WSNs是一種任務型的網絡,由大量的傳感器節點協作完成任務,因此網絡中的節點   具有高度的協作性。同時,由于傳感器節點、傳感對象、網絡管理者都可能出現變化,并且經常有新的節點加入網絡或已有節點退出網絡,因此傳感器網絡的拓撲結構需要具有動態調整性,使得傳感器網絡   具有自動管理能力。

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